1.3 嵌入式实时操作系统

在嵌入式设备中，除嵌入式操作系统之外，还有裸机程序，在主函数中编写一个大循环，循环中是各个任务的功能实现，而所有的任务都是平级顺序执行，下一个任务必须等待上一个任务运行完毕才能开始运行，这个运行着的大循环我们称之为后台程序。中断可以打断系统当前的后台任务优先执行，等中断处理完毕，再回到原先后台被中断处继续执行后台程序，中断处理程序称为前台程序。图1-5所示是一个前后台系统。

图1-5 前后台系统

这样的前后台系统在实时性处理方面存在缺陷，例如任务1是重要任务，需要能够得到及时响应，在运行任务4的时候，产生中断，执行任务1的条件被满足，最理想的快速响应方式是任务1立即被投入运行，但是在前后台程序中做不到，因为任务是被顺序执行的，即使任务1焦急万分，也必须等待任务4处理完毕后才能被运行。

嵌入式实时操作系统被设计成为一个抢占式系统，能够解决上述的实时性问题，它把任务分为不同的优先级，当运行条件被满足时，高优先级任务可以打断低优先级任务优先运行，从而极大地提高了系统实时性。实时操作系统执行任务示意图如图1-6所示。

图1-6 实时操作系统

当然，嵌入式实时操作系统相比前后台程序，不仅有实时性方面的进步，它在多任务管理、任务间通信、内存管理、定时器管理、设备管理等方面，也提供了一套完整的机制，极大程度上便利了嵌入式应用程序的开发、管理和维护。如果要和桌面操作系统进行类比，那么前后台程序开发好比直接使用BIOS进行开发，而使用嵌入式实时操作系统好比在Windows上进行应用开发。

总体来说，嵌入式操作系统是应用于嵌入式系统的软件，用来对接嵌入式底层硬件与上层应用软件，操作系统将底层驱动封装起来为开发者提供功能接口，极大地提高了应用程序的开发效率。

1.3.1 主流嵌入式实时操作系统

uC/OS是美国的一款RTOS，发布于1992年。2001年，北航的邵贝贝教授第一次将有关uC/OS的书籍翻译成中文，该书出版后获得了大量好评，当时该书遇上了“嵌入式系统开发”风口，大量的高校学生开始学习嵌入式系统，将该书作为学习嵌入式操作系统的入门书籍，将学习的内容带入各类项目和产品后，它的特点才渐渐崭露头角。在2010年以前，uC/OS一直是国内大多企业的首选RTOS。2010年以后，开源免费的RTOS开始流行，而uC/OS本身的商业收费策略一直未能及时调整，导致很多厂商转而选择开源免费的操作系统，如FreeRTOS、RT-Thread。

FreeRTOS诞生于2003年，按照开源、免费的策略发布，可用于任何商业和非商业场合。2004年，英国的ARM公司推出第一款基于ARMv7-M架构的Cortex-M3 IP核，主打高性价比的MCU市场，随后美国德州仪器公司推出了第一款基于Cortex-M3内核的MCU，接下来意法半导体、恩智浦、飞思卡尔、爱特梅尔等欧美厂商相继推出了基于Cortex-M内核的MCU，出于性价比的考虑，这些厂商都选择了FreeRTOS作为芯片默认使用的嵌入式操作系统，趁着这波热潮，FreeRTOS迅速崛起，在国内外流行开来。

RT-Thread是国内的一款嵌入式实时操作系统，诞生于2006年，许可证类似FreeRTOS，以开源、免费的方式进行发布。与FreeRTOS和uC/OS不同的是，RT-Thread自创建之初的定位就不仅是一个RTOS内核，而是包含网络、文件系统、GUI界面等组件的中间件平台，它秉承开源、免费的思想，积聚吸收社区的力量来不断发展壮大。经过十多年的积淀，RT-Thread已经成为一款知名度较高、口碑极佳、高度稳定可靠的实时操作系统。RT-Thread支持市面上所有的主流编译工具，如IAR、GCC、Keil等；在硬件支持方面，它完成了超过50款MCU芯片和所有主流CPU架构上的移植工作，包括ARM、MIPS、C-Sky、Xtensa、Andes与RISC-V等。在行业应用上，因为RT-Thread的高可靠性和组件丰富等特点，它被广泛应用于安防、医疗、新能源、车载、北斗导航以及消费电子等众多行业。

近两年来，随着RT-Thread推广力度的加大、文档资料的不断完善及周边生态合作伙伴支持热情的高涨，RT-Thread的企业项目需求显著增加，RT-Thread开发者的数量也呈现出加速增长的态势。线下活动方面，RT-Thread借助社区力量，定期组织一系列技术沙龙活动，活动覆盖多数一二线城市，受到了初学者和开发者的欢迎，参与线下技术沙龙成为他们学习RT-Thread、线下交流互勉的一个重要渠道。除此之外，移动微信、QQ社群的运营，线上培训讲座和设计竞赛的陆续展开都成为生态建设的重要部分，推动着RT-Thread社区的健康发展。

1.3.2 发展趋势

在传统嵌入式时代，设备之间相互孤立，系统和应用都较为简单，操作系统的价值也相对较低。各个厂商采用一个开源的RTOS内核，根据垂直应用领域的不同，构建、开发各自的上层软件，工作量可控，也基本能满足自身、客户和行业的需求。

进入物联网时代之后，原有的格局和模式将会被完全打破，联网设备的开发难度也呈几何级数增加，可靠性、长待机、低成本、通信方式和传输协议、手机兼容性、二次开发、云端对接等都成为必须考虑与解决的问题。

对于企业来说，带有丰富中间层组件和标准API接口的OS平台无疑能大大降低联网终端开发的难度，也能简化对多种云平台的对接，为未来各种IoT服务应用的部署和更新铺平道路。

国产物联网芯片的逐渐崛起，产业链持续增强的优势，为国产IoT OS的成功提供了良好的机遇和土壤，也为RT-Thread提供了更多的用武之地。物联网终端对软件能力的要求大大提高，RT-Thread作为一款IoT OS，它具有丰富的组件和高度可扩展的特性，这正是市场所需要的，因而越来越多的芯片厂商纷纷将它选为原生操作系统，和芯片一同推向市场。

在物联网时代，相信RT-Thread能和其他国内厂商一起，耐住寂寞、踏实前行、勇于创新、相互提携，实现物联网时代自主操作系统的梦想。