2024年度 ROTS - 实时操作系统 Top 15

RTOS（实时操作系统）。

这里说的 RTOS 并非新星球大战电影中的机器人，而是物联网设备、航空系统、空中交通管制等背后的无声协调者，就在地球上。

RTOS，或称实时操作系统，设计它们是为了更好的管理资源，以及为一些对时间点有精确要求的应用运行程序。但并非所有的 RTOS 都是相同的；您需要选择最适合您特定项目的 RTOS。毕竟，在智能手机上使用汽车的 RTOS 是不合适的。

在这篇博文中，我们将深入了解 RTOS 的世界，并分享它们的能力。我们还将涵盖不同类型的 RTOS，以及我们在2024年为您的下一个重大项目推荐 RTOS Top 15。

什么是RTOS？

实时操作系统（RTOS）专为管理资源和在严格的时间限制内执行程序而设计，这使其对毫秒级别至关重要的实时应用至关重要。

事实上，航空航天、汽车、工业自动化、医疗设备和电信等行业都在使用 RTOS。“它与传统操作系统有何不同？”您可能会问。

与普通操作系统不同，RTOS 提供对外部事件的确定性、硬实时响应，因此任务执行持续时间更可预测。RTOS 还只能同时执行一个程序，但它会在任务之间快速切换，给人一种它同时执行所有任务的外观。这与完整的操作系统不同，因为 RTOS 为有限数量的预定义任务提供高度响应的处理。

特别是，RTOS 非常适用于小型硬件，如微控制器，以实时处理数据并降低缓冲延迟。RTOS以结构化、独立的方式组织任务，允许确定性执行模式，能够迅速响应事件。RTOS 的一些关键特性包括多任务处理、中断管理、任务间同步与通信、内存管理和实时时钟。稍后会详细介绍。

目前，让我们更仔细地看看不同类型的RTOS。

RTOS的类型

硬实时操作系统（Hard RTOSs）

硬实时操作系统适用于错过截止时间会导致系统故障的应用程序。你会在对时间敏感的应用中看到这种类型的 RTOS，比如交通控制、防抱死制动系统或飞机传感器。

这些系统保证对预定义输入的具体响应时间，按照计划截止日期执行任务。在航空或医疗设备等领域，例如，精度和速度至关重要，硬实时操作系统确保数据和处理得到迅速处理。在这些情况下，RTOS 在几分之一秒内处理事件，未能满足特定约束条件将导致系统故障，有时还可能导致灾难性后果。

软实时操作系统（Soft RTOSs）

与硬实时操作系统相比，软实时操作系统提供了一种更加灵活的方法。当软实时操作系统错过截止时间时，虽然不理想但并非灾难性。这些系统优先考虑可预测性和可靠性，而不是极端速度。

与硬实时操作系统不同，软实时操作系统不严格执行截止日期。这使得在媒体流媒体、网络路由、游戏和模拟等场景中更好地支持多任务处理。虽然软实时操作系统中的延迟可能导致暂时的故障，但系统将继续运行而不至于停滞，使其非常适合像个人电脑、相机和智能手机等设备。

中间实时操作系统（Firm RTOSs）

中间实时操作系统处于硬实时操作系统和软实时操作系统之间。对于这些系统，错过截止时间被视为系统故障，但不会产生灾难性后果。例如，在自动化工厂系统中，错过截止时间可能会导致生产问题，但不会带来即时危险。

中间实时操作系统在保持一定灵活性的同时遵循截止日期，接受一些小的时间延迟，就像在多媒体应用中可能会影响产品质量的情况下一样。因此，这些系统在保证系统持续运行的同时，可能导致最终产品质量的降低。

是什么构成了RTOS？

RTOS的一些关键特性包括：

RTOS是如何运作的呢？

所以，我们知道 RTOS 是什么，以及是什么构成了 RTOS。虽然了解这两个方面很有用，但了解 RTOS 实际上是如何工作的也是至关重要的。

因此，这里是 RTOS 如何实现其功能的基本概述：

1. 任务调度 – RTOS 使用算法，如速率单调调度或最早截止时间优先，确定执行任务的顺序。
2. 中断管理 – RTOS 快速处理中断并抢占正在进行的任务，将响应时间降到最低。
3. 任务间通信和同步 – RTOS 使用信号量、消息队列和事件标志等机制在不同任务之间进行通信和同步。
4. 资源分配 – RTOS 通过根据任务优先级和要求分配 CPU 时间、内存和外设，实现系统的实时行为。

2024年度最佳 ROTS 推荐

热门开源RTOS

大多数 RTOS 都是开源的，允许开发人员根据特定用例进行定制，并在各种操作和设备上部署它们。

在这里，我们分享了一些市场上最受欢迎的 RTOS：

SAFERTOS®

SAFERTOS®是由 WHIS 创建的安全关键 RTOS。它专注于需要认证的应用，例如医疗、汽车和工业领域。

它获得了 IEC 61508 SIL3 和 ISO 26262 ASILD 等认证，由 TÜV SÜD 颁发，并以最小的资源利用率提供强大的可靠性和高性能。基于 FreeRTOS 功能模型进行了调整，用户可以通过受支持的迁移路径无缝过渡到 SAFERTOS®。

Keil RTX

这个免费使用的 RTOS 专为 ARM Cortex-M 设备定制。它为开发人员提供了一个结构良好且高效的平台，支持多任务处理，具有灵活的调度功能 – 包括循环、抢占和协同等算法，以及低中断延迟。

Keil RTX 还支持一系列同步机制，如邮箱、信号量、互斥锁和定时器，用于多线程和线程安全操作。它还可以在 MDK-ARM 中进行内核感知调试。

DuinOS

这款小型多线程 RTOS 支持与 Arduino 兼容的开发板。

基于 FreeRTOS 内核，该 RTOS 最近进行了重构，包括 FreeRTOS 10，似乎很快将支持 ARM Cortex-M。

Zephyr

这个 RTOS 由 Linux Foundation 托管，得到了英特尔的大力支持。由于是开源和可扩展的，Zephyr 专为资源受限的设备进行了优化，从嵌入式传感器到完整的物联网系统。

它支持多种硬件架构，包括 ARM（Cortex-A、Cortex-R和Cortex-M）、Intel x86、ARC、Nios II、Tensilica Xtensa、RISC-V、SPARC和MIPS。

Zephyr 注重安全性和多功能性，与不断发展的各种硬件环境的需求相一致，使其成为各种实时应用的有前途的选择。

FreeRTOS

FreeRTOS 被广泛认为是最受欢迎的 RTOS。自 2017 年以来由亚马逊拥有，它为各种处理器架构提供广泛的支持，是嵌入式系统和微控制器的一款简约而强大的 RTOS。

它已与 AWS Greengrass 集成进行软件开发，并提供了像线程、互斥锁、信号量和线程安全的堆分配方法等基本的多线程原语。专为微控制器定制，它可以在有限的资源上高效运行，直接从 ROM 或 Flash 存储中运行。

流行的商业RTOS

VxWork

除了开源 RTOS 外，市场上还有许多由公司创建的流行的商业 RTOS，用于不同行业。让我们看看今天一些最受欢迎的商业选项：

VxWork 支持许多 CPU 架构，包括 AMD、Intel、POWER、ARM 和 RISC-V，支持多核非对称多处理（AMP）、对称多处理（SMP）、混合模式和多操作系统配置。

embOS

embOS 由德国公司 Segger 开发，该公司专注于嵌入式系统调试设备。这个 RTOS 的主要重点是工业和汽车应用，它具有零中断延迟、最小内存消耗和优化的高速RAM和ROM使用。它还可以在具有8位、16位和32位处理器的平台上使用，因此在不同的CPU上具有很高的可移植性。

ThreadX

微软 Azure 的 RTOS，ThreadX，是专为嵌入式物联网应用定制的高级 RTOS。它是最受欢迎的 RTOS之一，在全球数十亿产品中部署，并广泛用于从消费设备到医疗电子和工业控制等各种应用。

ThreadX 提供先进的功能，如抢占式阈值调度、事件链接和执行分析，以及 pico 内核架构和全面的性能指标。

它是一款小巧、快速且高效的 RTOS，确保了可靠和可预测的运行实时应用的环境，使其在汽车、航空航天和消费电子等行业中成为一个坚实的选择。

Micrium OS

有时被称为 Micrium µC 的 Micrium OS 是一款可扩展的 RTOS，专为嵌入式系统设计，在医疗设备、工业自动化和电信等领域广泛使用。

这个 RTOS 具有很高的可扩展性，能够适应不同的系统复杂性，使其成为需要实时精度和可靠性的应用的不错选择。

QNX

这款专有的 RTOS 广泛应用于汽车和工业控制领域，以其实时性能和可靠性而闻名。

QNX 为在不同行业运行实时应用创建了一个可靠和可预测的环境，它还具有良好的稳定性声誉，因此是满足关键领域实时应用的严格标准的不错选择。

LynxOS

这个本地的 POSIX RTOS 在航空航天和国防工业中一直很受欢迎，专注于虚拟化技术。

LynuxWorks，现在称为 LynxOS，成立于 1985 年在加利福尼亚州，为汽车、工业和 IT 基础设施领域创建了 RTOS。该公司现在为广泛的行业创建虚拟化技术。

PikeOS

PikeOS 是一款为工业和汽车市场创建的商业 RTOS。现在，它更偏向于监控程序和 Linux 技术。

这款 RTOS 具有基于分离内核的监控程序，允许为其他操作系统和应用程序创建多个逻辑分区。这意味着团队可以在仍然遵循行业特定的质量、安全和安全标准的同时开发可认证的物联网设备。例如，PikeOS for MPU 专门针对使用 MPU 而不是 MMU 的实时、安全关键的应用。

Neutrino

Neutrino 是一款广泛知名的 RTOS，以在汽车市场特别是燃烧发动机管理系统中占主导地位而闻名。

TI-RTOS

TI-RTOS 通过消除从头开始创建基本系统软件功能的需要，加速了开发。相反，它提供可扩展性，从实时多任务内核 TI-RTOS Kernel 到带有额外中间件组件和设备驱动程序的完整RTOS系统。使用 TI-RTOS 与 TI的MCU 结合，开发人员可以设计具有延长电池寿命的应用程序。

Azure RTOS

Azure RTOS 由 Microsoft 提供支持，并在全球超过100亿台设备上部署。

Azure RTOS 主要用于嵌入式技术，并包括一个小巧而强大的操作系统，为资源受限设备提供可靠且超快的性能。它还支持最流行的32位微控制器和嵌入式开发工具，因此您可以充分发挥团队现有的技能。

总结

随着技术的不断发展，选择适合您项目的正确RTOS比以往任何时候都更加重要，选择一个能够正确平衡确定性、任务调度和资源分配等因素的RTOS。

结论是什么呢？了解新的和改进的RTOS有助于满足实时要求，并确保正确的RTOS集成到适配的系统中。

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