嵌入式開發人員在開始新項目時面臨越來越多的挑戰。在萬物互聯時代到來之前，嵌入式系統幾乎沒有或沒有安全對策。如今，開發人員必須專注于增強嵌入式安全性，以防止在線對手和側通道攻擊，即使它們有致力于延長電池壽命并配置響應迅速且直觀的用戶界面。

多年來，對程序結構的態度也發生了變化，從簡單的循環到使用狀態機，對于復雜的系統，需要使用嵌入式實時操作系統（RTOS）。多核設備的廣泛使用也影響了開發人員構建應用程序的方式。

使用RTOS可以在嵌入式系統中帶來許多好處，包括更好的資源管理、可預測的應用程序行為和改進的響應性。然而，采用RTOS需要重新思考程序結構，關于基于RTOS的開發產業界仍然存在一些誤解。資深媒體人Robert Huntley與Segger、Zephyr Project和北歐半導體（Nordic）的高管進行了交談，了解到更多關于開發人員必須做出的關鍵決策，以及如何簡化從傳統程序結構向RTOS的過渡。

現存結構的作用

一個根本問題是，現存程序結構是否以及在哪里仍然有效。嵌入式RTOS供應商Segger（德國）的合作伙伴營銷經理Dirk Akemann說：“這里仍然有時間片輪轉的位置，但它越來越不受歡迎，這個問題與小資源MCU仍然相關?！?/p>

Linux基金會嵌入式系統副總裁兼Linux托管開源Zephyr項目主任Kate Stewart也提出了類似的觀點?！斑@一切都取決于系統設計，”她說，“這是關于弄清楚嵌入式系統如何與硬件配合使用，以及您是否必須對任務和調度有精確性要求?！?/p>

Stewart說：“如果約束很簡單，那么你可以使用循環。然而，如果您的設計使用更復雜的環境，想要利用安全、安全和通信協議，并且需要時間限制，則RTOS是必要的?！?/p>

當被問及大學是否在向學生開發人員講授使用RTOS的好處和如何使用時，Akemann表示有工作要做。他說：“一個計算機科學程序員，他們基本上知道如何編程，但這與嵌入式設計中的具體要求無關，而且真正解決這一問題的課程仍然很少，從電氣工程專業的角度來看，它是相似的問題。”

RTOS具有可移植性

在實施基于RTOS的開發方法時，需要做出一些關鍵決定。Stewart說：“你必須了解的第一件事是在系統內工作所需的資源限制。你完成任務的處理器配置是什么？你需要消耗多少電力？然后還有考慮，您是否有完成任務所需的通信等內容要求，啟動過程中是否有時間考慮因素，以及您可能需要的采樣率是多少。另一個因素是設備是否必須與人機交互?！?/p>

Akemann指出了代碼可移植性越來越重要。“如果您有在許多不同平臺上運行的RTOS，當您選擇的MCU不再可用或出現供應鏈問題時，您可以切換芯片。然而，請記住，如果你不使用RTOS，你的可移植性就會消失。”

首次使用RTOS的開發人員面臨著學習曲線，但Akemann表示，這不是不可逾越的。他說：“通常，客戶會實施相當笨重的一個應用程序，但根據我的經驗，他們很快就習慣了。Segger通過為我們的embOS RTOS提供一份包含許多示例的手冊來提供幫助。最初，人們只編寫一個超級循環應用程序，并在將任務分配給特定進程之前將所有內容都放在一個任務中。他們甚至可能認為操作系統中存在一些魔力，操作系統將讓他們有機會比以前做得更多。情況并非如此，但通常情況下，客戶會很快習慣這種現實。”

糾正誤解

關于RTOS的一個常見誤解是，與類似的裸機方法相比，內存要求要高得多。Stewart反駁說“Linux基金會的開源RTOS Zephyr項目只需要10kB就可以運行一個Blinky應用程序（閃爍LED而不是顯示“你好，世界”），然后您可以使用Zephyr Kconfig文件和設備樹來添加您需要的其余部分，一切都已經集成到代碼庫中?！?/p>

Stewart還駁斥了RTOS是一個黑匣子的假設，她觀察到：“當事情出錯時，你需要有透明度和理解能力，這就是你通過開源RTOS獲得的。因此，當事情不成功時，你可以把你的分析放到一個新的層級去做?！?/p>

Akemann談到了這樣的想法，即使用RTOS可以比沒有RTOS做更多事情，同時在這個過程中對硬件施加“小限制”。他說RTOS將“增加一點執行時間，因為需要代碼執行才能從一個任務切換到另一個任務”。

Akemann說，“另一個誤解是，RTOS是一個完整的操作系統，就像Windows或Linux一樣。嵌入式RTOS并非如此，它通常只是調度器本身。它不附帶IP堆棧、USB堆棧或支持其他外圍設備的協議。當然，一些供應商提供這些堆棧，但我們經常從客戶那里聽到的誤解是，他們想要一個完整的操作系統”包括來自單一來源的一切中間件。

硬件抽象

北歐半導體（挪威）的開發人員營銷經理Ali Aljaani就開發人員如何接受RTOS概念提供了見解?！皩τ陂_發人員來說，這是一個相當大的話題?！彼f，“如果你設身處地為來自嵌入式大學課程的開發人員著想，你控制硬件的方法就是寫寄存器。與將硬件設備參數放入頭文件中不同，使用RTOS，硬件是從源代碼中抽象出來的，就Zephyr而言，所有內容都被抽象成設備樹，因此當您選擇目標時，它會選擇該硬件的設備樹?！?/p>

Aljaani說，Nordic認識到需要對從裸機方法切換到RTOS的工程師進行教育和指導，并做出了相應的響應。“隨著硬件的不斷改進、多個內核和豐富的外圍設備，如果你想在裸機上做類似過程間通信的事情，那就是一場噩夢。我們決定對教育進行大量投資，并成立了北歐開發者學院?！盇ljaani說“例如，我們的NR Connect SDK基礎知識課程解釋了Zephyr的行為，Zephyr是我們使用的核心RTOS組件，以及Kconfig和設備樹的概念。這些需要都是動手操作的，所以我們從用一個很小的源代碼解釋想法開始，并繼續構建?！?/p>

麥克泰技術是SEGGER在中國的代理商，具有超過20年嵌入式實時操作系統和工具的市場、服務和培訓經驗，已經錄制許多RTOS視頻課程并撰寫博客文章，包括開源μC/OS，FreeRTOS和安全商業操作系統embOS，SafeRTOS和Flexible Safety RTOS，了解更多產品信息聯系麥克泰技術Info@bmrtech.com。