芯耀
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大家好，我是雜燴君。
當下，很多嵌入式設(shè)備都運行著RTOS、Linux系統(tǒng)。這兩者有什么區(qū)別呢？
一、多方面對比
1. 實時性
實時性即保證任務(wù)在特定時間內(nèi)完成。衡量一個實時操作系統(tǒng)堅固性的重要指標，是系統(tǒng)從接收一個任務(wù)，到完成該任務(wù)所需的時間，其時間的變化稱為抖動。
可以依抖動將實時操作系統(tǒng)分為兩種：硬實時操作系統(tǒng)及軟實時操作系統(tǒng)，硬實時操作系統(tǒng)比軟實時操作系統(tǒng)有更少的抖動：
硬實時操作系統(tǒng)
必須
使任務(wù)在確定的時間內(nèi)完成。軟實時操作系統(tǒng)能讓
絕大多數(shù)
任務(wù)在確定時間內(nèi)完成。
實時性是嵌入式RTOS與嵌入式Linux最本質(zhì)的區(qū)別。
實時性對比：
嵌入式RTOS：硬實時（μs級響應(yīng)），中斷延遲通常<10μs。具有強實時性，采用搶占式多任務(wù)調(diào)度算法，能確保關(guān)鍵任務(wù)在嚴格的時間期限內(nèi)完成，響應(yīng)時間可預(yù)測，適用于對實時性要求極高的場景，如工業(yè)自動化控制、航空航天等。
嵌入式Linux：Linux是作為通用操作系統(tǒng)開發(fā)的，其內(nèi)核在實時處理能力上先天不足，需通過CONFIG_PREEMPT_RT補丁優(yōu)化實時性，默認軟實時（延遲>50μs），。雖然經(jīng)過實時補丁等改進可實現(xiàn)一定的實時性，但本質(zhì)上是分時操作系統(tǒng)，其內(nèi)核不是專門為實時性設(shè)計，在處理高實時性任務(wù)時，響應(yīng)時間存在不確定性，一般用于對實時性要求不苛刻的場景。
2. 內(nèi)核架構(gòu)
操作系統(tǒng)內(nèi)核根據(jù)架構(gòu)來分，可分為：宏內(nèi)核（Monolithic kernel）、微內(nèi)核（Microkernel）、混合內(nèi)核（Hybrid kernel）。
宏內(nèi)核（Monolithic kernel）、微內(nèi)核（Microkernel）、混合內(nèi)核（Hybrid kernel）的操作系統(tǒng)架構(gòu)如：
來源：wiki
宏內(nèi)核（Monolithic kernel）：
宏內(nèi)核被視作為運行在單一地址空間的單一的進程，內(nèi)核提供的所有服務(wù)，都以特權(quán)模式，在這個大型的內(nèi)核地址空間中運作，這個地址空間被稱為內(nèi)核態(tài)（kernel space）。
微內(nèi)核（Monolithic kernel）：
微核心的設(shè)計理念，是將系統(tǒng)服務(wù)的實現(xiàn)，與系統(tǒng)的基本操作規(guī)則區(qū)分開來。它實現(xiàn)的方式，是將核心功能模塊化，劃分成幾個獨立的進程，各自運行，這些進程被稱為服務(wù)（service）。所有的服務(wù)進程，都運行在不同的地址空間。
混合內(nèi)核（Hybrid kernel）：
混合內(nèi)核結(jié)合了宏內(nèi)核與微內(nèi)核兩種內(nèi)核架構(gòu)?；旌蟽?nèi)核的基本設(shè)計理念，是以微內(nèi)核架構(gòu)來設(shè)計操作系統(tǒng)內(nèi)核，但在實現(xiàn)上則采用宏內(nèi)核的作法?；旌蟽?nèi)核實質(zhì)上是微內(nèi)核，只不過它讓一些微核結(jié)構(gòu)執(zhí)行在用戶空間的代碼執(zhí)行在內(nèi)核空間，這樣讓內(nèi)核的執(zhí)行效率更高些。
內(nèi)核架構(gòu)對比：
嵌入式RTOS：多為微內(nèi)核（如Zephyr），無虛擬內(nèi)存管理（無MMU），系統(tǒng)調(diào)用為直接函數(shù)調(diào)用。內(nèi)核通常很精簡，只包含基本的任務(wù)調(diào)度、內(nèi)存管理、中斷處理等功能，以保證系統(tǒng)的高效運行和快速響應(yīng)，可根據(jù)具體需求進行高度定制。
嵌入式Linux：宏內(nèi)核，依賴MMU實現(xiàn)虛擬內(nèi)存，需用戶/內(nèi)核態(tài)切換（syscall接口）。內(nèi)核相對龐大復(fù)雜，支持多用戶、多任務(wù)，具備完善的內(nèi)存管理、進程調(diào)度、文件系統(tǒng)等功能，提供了豐富的系統(tǒng)服務(wù)和接口，但也因此占用更多的資源。
3. 資源需求
嵌入式RTOS：
由于內(nèi)核精簡，對硬件資源要求較低，可在資源有限的微控制器（MCU）等設(shè)備上運行，如一些簡單的傳感器節(jié)點、小型智能設(shè)備等。
嵌入式Linux：
因功能豐富、內(nèi)核復(fù)雜，需要較多的硬件資源支持，通常運行在具有一定處理能力和內(nèi)存空間的微處理器（MPU）上，如工業(yè)控制計算機、智能終端等。
4. 安全性
嵌入式RTOS：
系統(tǒng)功能相對單一，代碼量小，經(jīng)過嚴格的測試和驗證，安全漏洞相對較少，且可針對特定安全需求進行定制化設(shè)計，適用于對安全性要求極高的安全關(guān)鍵系統(tǒng)。
嵌入式Linux：
開源特性使其容易受到安全威脅，不過開源也便于社區(qū)及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)安全漏洞。同時，通過安全增強技術(shù)如SELinux等可提高其安全性，適用于對安全性有一定要求但非絕對安全關(guān)鍵的場景。
5. 學習難度/開發(fā)難度
嵌入式RTOS：
學習和開發(fā)相對簡單，其功能集中在實時任務(wù)處理，開發(fā)框架和API相對簡潔，開發(fā)者主要關(guān)注任務(wù)的劃分、調(diào)度和通信等，適合初學者和對實時性開發(fā)經(jīng)驗較少的人員。
嵌入式Linux：
學習和開發(fā)難度較大，涉及內(nèi)核原理、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等復(fù)雜知識，開發(fā)過程需要掌握多種工具和技術(shù)，如交叉編譯、內(nèi)核裁剪、驅(qū)動開發(fā)等，對開發(fā)者的技術(shù)水平和經(jīng)驗要求較高。
6. 核心內(nèi)容
嵌入式RTOS：
核心是實時任務(wù)調(diào)度和管理，確保任務(wù)在規(guī)定時間內(nèi)完成，重點關(guān)注任務(wù)的優(yōu)先級分配、時間片管理以及任務(wù)間的同步與通信。
嵌入式Linux：
核心是提供一個通用的、功能豐富的操作系統(tǒng)平臺，支持多種應(yīng)用開發(fā)，包括文件系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、設(shè)備驅(qū)動等，以滿足不同領(lǐng)域的多樣化需求。
7. 網(wǎng)絡(luò)能力
嵌入式RTOS：
網(wǎng)絡(luò)功能相對較弱，需集成輕量級協(xié)議（如LwIP）。通常只支持基本的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如簡單的TCP/IP協(xié)議棧，以滿足實時數(shù)據(jù)傳輸需求，對于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用支持有限。
嵌入式Linux：
具有強大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持完整的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，包括TCP/IP、UDP等多種協(xié)議，能輕松實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)客戶端等復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，適用于需要頻繁進行網(wǎng)絡(luò)通信的設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)路由器、智能網(wǎng)關(guān)等。
8. 開發(fā)方式
嵌入式RTOS：
開發(fā)方式相對簡單，通常使用特定的集成開發(fā)環(huán)境（IDE），如IAR、Keil等，配合相應(yīng)的開發(fā)板進行開發(fā)。開發(fā)環(huán)境配置相對容易，主要關(guān)注任務(wù)的編寫和調(diào)試。
嵌入式Linux：
開發(fā)方式較為復(fù)雜，需要搭建交叉編譯環(huán)境，涉及到宿主機和目標機之間的通信和協(xié)作。常用的開發(fā)工具有GCC、Make等，開發(fā)過程需要進行內(nèi)核編譯、驅(qū)動開發(fā)、文件系統(tǒng)制作等多個環(huán)節(jié)，開發(fā)環(huán)境的搭建和配置相對繁瑣。
9. 學習資料
嵌入式RTOS：
學習資料相對豐富，主要集中在特定的RTOS產(chǎn)品手冊、官方文檔以及一些專業(yè)的嵌入式開發(fā)書籍上。
嵌入式Linux：
學習資料非常豐富，有大量的書籍、在線文檔、開源項目以及活躍的社區(qū)論壇，如Linux內(nèi)核官方文檔、Linux公社等，開發(fā)者可以方便地獲取各種技術(shù)知識和解決方案。
10. 運行功耗
嵌入式RTOS：
由于系統(tǒng)簡單，在運行時可以根據(jù)任務(wù)需求靈活控制硬件資源的使用，能較好地實現(xiàn)低功耗管理，支持μA級休眠模式（STOP/STANDBY），動態(tài)電壓頻率調(diào)節(jié)（DVFS）優(yōu)化能耗。
適用于電池供電的設(shè)備，如物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點等。
嵌入式Linux：
因內(nèi)核復(fù)雜，需要持續(xù)運行多個后臺進程和服務(wù)，對硬件資源的使用相對較多，運行功耗一般較高（通常>100mW），但通過一些節(jié)能技術(shù)和優(yōu)化措施，如電源管理框架（如CPUFreq），也可在一定程度上降低功耗，適合插電設(shè)備。
11. 啟動速度
嵌入式RTOS：
毫秒級啟動，啟動速度快，內(nèi)核初始化時間短，能在短時間內(nèi)完成系統(tǒng)啟動并進入工作狀態(tài)，滿足一些對快速啟動有要求的應(yīng)用場景，如工業(yè)控制中的緊急響應(yīng)設(shè)備。
嵌入式Linux：
秒級啟動，啟動過程涉及U-Boot引導(dǎo)、內(nèi)核加載、文件系統(tǒng)掛載、服務(wù)啟動等多個環(huán)節(jié)，啟動速度相對較慢，一般需要幾秒到幾十秒的時間，不過對于一些非實時性要求高的設(shè)備，如智能電視等，啟動速度的影響相對較小。
12. 驅(qū)動開發(fā)
嵌入式RTOS：
驅(qū)動開發(fā)相對簡單，通常針對特定硬件平臺提供簡潔的驅(qū)動接口，開發(fā)者只需根據(jù)硬件特性和RTOS的要求編寫基本的驅(qū)動程序，主要關(guān)注硬件的初始化和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ堋?/p>
嵌入式Linux：
驅(qū)動開發(fā)較為復(fù)雜，需要深入理解Linux內(nèi)核的驅(qū)動模型，如設(shè)備樹、字符設(shè)備驅(qū)動、塊設(shè)備驅(qū)動等，開發(fā)過程需要遵循嚴格的內(nèi)核編程規(guī)范，涉及到大量的內(nèi)核代碼編寫和調(diào)試工作。
13. 應(yīng)用開發(fā)
嵌入式RTOS：
應(yīng)用開發(fā)主要圍繞實時任務(wù)展開，注重任務(wù)的邏輯實現(xiàn)和時間控制，開發(fā)語言一般以C、C++為主，開發(fā)框架相對簡單，主要用于實現(xiàn)特定的實時控制功能。
嵌入式Linux：
應(yīng)用開發(fā)更加多樣化，支持多種編程語言，如C、C++、Python等，可借助豐富的庫和框架進行開發(fā)，能實現(xiàn)包括圖形界面、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、數(shù)據(jù)處理等在內(nèi)的復(fù)雜應(yīng)用。
14. 圖形用戶界面開發(fā)
嵌入式RTOS：
本身對圖形用戶界面（GUI）的支持有限，若要實現(xiàn)GUI，需要額外添加專用的輕量級GUI庫（如LVGL、emWin），且功能相對簡單，適用于對界面要求不高的設(shè)備，如簡單的工業(yè)控制終端。
嵌入式Linux：
有豐富的GUI庫和工具，如Qt、GTK等，能開發(fā)出功能強大、界面美觀的圖形用戶界面，適用于智能終端、車載信息娛樂系統(tǒng)等對用戶體驗要求較高的設(shè)備。
15. 崗位發(fā)展路線、前景
嵌入式RTOS：
崗位發(fā)展路線主要集中在實時控制系統(tǒng)開發(fā)、硬件驅(qū)動工程師等方向，隨著工業(yè)自動化、智能制造等領(lǐng)域的發(fā)展，對掌握嵌入式RTOS技術(shù)的人才需求持續(xù)增長，尤其是在汽車電子、航空航天等高端制造業(yè)，具有較好的發(fā)展前景。
嵌入式Linux：
崗位發(fā)展路線較為廣闊，可從事內(nèi)核開發(fā)工程師、系統(tǒng)移植工程師、應(yīng)用開發(fā)工程師等多種崗位。在物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、智能交通等熱門領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用，市場需求大，發(fā)展前景良好，且由于技術(shù)難度較高，相關(guān)人才的薪資待遇也相對較高。
二、決策樹
進行了那么多方面的對比。什么時候選用RTOS？什么時候選用Linux呢？
以上就是本次的分享。
