在這個(gè)現(xiàn)代時(shí)代，我們看到了許多需要操作系統(tǒng)的軟件和硬件解決方案。操作系統(tǒng)幫助這些設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行并處理大量不同的任務(wù)。但是，作為電子愛好者，您很可能需要更深入地了解您的項(xiàng)目需要哪種類型的操作系統(tǒng)。謝天謝地，我們有你需要的東西。在本文中，您將找到有關(guān) RTOS 與 GPOS、它們的比較以及各種類型的應(yīng)用程序的所有信息。此外，如果您只是想了解更多有關(guān)這些操作系統(tǒng)的信息，那么您來對(duì)地方了。

準(zhǔn)備好？讓我們開始。

通用操作系統(tǒng) (GPOS)

GPOS 是一種操作系統(tǒng)，可以管理大量進(jìn)程并在單位時(shí)間內(nèi)完成一次執(zhí)行——我們喜歡稱之為吞吐量。有時(shí)，通用操作系統(tǒng)會(huì)延遲一個(gè)高優(yōu)先級(jí)線程的執(zhí)行，以執(zhí)行五個(gè)或六個(gè)低優(yōu)先級(jí)進(jìn)程。 

電腦工作站

來源：Pixabay

因此，為了實(shí)現(xiàn)必要的高吞吐量，它將為五個(gè)低優(yōu)先級(jí)任務(wù)提供服務(wù)，而不是執(zhí)行一個(gè)高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程。換句話說，如果多個(gè)低優(yōu)先級(jí)任務(wù)排隊(duì)等待執(zhí)行，GPOS 將允許這些任務(wù)先運(yùn)行，以保持其高吞吐量。

現(xiàn)在，大多數(shù)通用操作系統(tǒng)使用公平策略將進(jìn)程和線程傳送到 CPU。 

此外，此策略允許 GPOS 提供桌面和服務(wù)器應(yīng)用程序高效工作所需的整體高輸出。 

但是，它不能保證高優(yōu)先級(jí)任務(wù)或時(shí)間關(guān)鍵線程會(huì)在低優(yōu)先級(jí)線程之前執(zhí)行。因此，通用操作系統(tǒng)更適合同時(shí)執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)的設(shè)備。

個(gè)人電腦（PC）

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實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) (RTOS)

另一方面，RTOS 的設(shè)計(jì)能夠以高精度處理對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格的應(yīng)用程序。對(duì)于屬于此類別的操作系統(tǒng)，它執(zhí)行的每個(gè)關(guān)鍵操作都必須有一個(gè)最長的時(shí)間段。換句話說，它是一個(gè)有時(shí)限的系統(tǒng)。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜。不過別擔(dān)心，我們會(huì)為你分解。RTOS 具有三個(gè)基本功能，即調(diào)度程序、RTOS 服務(wù)、同步和消息傳遞。

調(diào)度器

調(diào)度器具有三種狀態(tài)：第一個(gè)是準(zhǔn)備運(yùn)行狀態(tài)，適用于可以在必要時(shí)切換到運(yùn)行狀態(tài)的就緒任務(wù)。其次是運(yùn)行狀態(tài)，適用于任務(wù)執(zhí)行時(shí)的狀態(tài)。最后，阻塞狀態(tài)是任務(wù)無法運(yùn)行并被發(fā)送到阻塞狀態(tài)。

此外，還有三種類型的調(diào)度技術(shù)，它們是：

搶占式任務(wù)調(diào)度方法/基于優(yōu)先級(jí)的調(diào)度

搶占式調(diào)度技術(shù)涉及依賴于優(yōu)先級(jí)的時(shí)間分配。在這里，您可以為每個(gè)任務(wù)分配一個(gè)唯一的優(yōu)先級(jí)。 

合作調(diào)度

在這里，您可以為每個(gè)任務(wù)分配一個(gè)固定的插槽。但是，如果任務(wù)沒有完成執(zhí)行，它將丟失生成的數(shù)據(jù)并等待下一輪。

最后，內(nèi)核負(fù)責(zé)創(chuàng)建任務(wù)、更改任務(wù)的優(yōu)先級(jí)、更改任務(wù)的狀態(tài)以及刪除任務(wù)。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)服務(wù)

每個(gè)操作系統(tǒng)的核心都是內(nèi)核。內(nèi)核負(fù)責(zé)管理和分配操作系統(tǒng)的資源。然而，任務(wù)并不總是能引起 CPU 的注意，因此內(nèi)核必須提供其他服務(wù)，如時(shí)間服務(wù)、輸入輸出服務(wù)、中斷處理服務(wù)、內(nèi)存管理服務(wù)和設(shè)備管理服務(wù)。

內(nèi)核圖

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消息傳遞和同步

消息傳遞功能為 RTOS 在任務(wù)之間與其他系統(tǒng)通信提供了一種方式。消息傳遞服務(wù)包括郵箱、管道、消息隊(duì)列、事件標(biāo)志和信號(hào)量。 

郵箱、消息隊(duì)列和管道可以在任務(wù)之間發(fā)送消息，而事件標(biāo)志可以同步所有任務(wù)間活動(dòng)。此外，信號(hào)量可以同步對(duì)共享資源的訪問。

RTOS（實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)）與 GPOS（通用操作系統(tǒng)）

RTOS 和 GPOS 之間的基本區(qū)別在于應(yīng)用程序的性質(zhì)（是否對(duì)時(shí)間要求嚴(yán)格或單一或多用途）。時(shí)間關(guān)鍵型系統(tǒng)的一個(gè)很好的例子是自動(dòng)柜員機(jī)。按下確認(rèn)按鈕后，一個(gè)人會(huì)等待 4 或 5 秒才能從 ATM 取錢。沒有人愿意在按下確認(rèn)按鈕后等待五分鐘。

自動(dòng)柜員機(jī)

另一方面，PC 有多種用途，使其成為一個(gè)對(duì)時(shí)間不敏感的系統(tǒng)。您可以使用 PC 同時(shí)運(yùn)行各種應(yīng)用程序。此外，沒有特別的時(shí)間在 PC 甚至智能手機(jī)上做任何事情。例如，在某些情況下，保存文檔可能需要幾秒鐘或幾分鐘。但是，這取決于正在運(yùn)行的進(jìn)程和任務(wù)的數(shù)量。

手機(jī) 

因此，通用操作系統(tǒng)適用于非時(shí)間關(guān)鍵的應(yīng)用程序和系統(tǒng)，如 Linux、Windows 等。

Linux系統(tǒng)

雖然實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)適用于需要快速和可預(yù)測響應(yīng)的時(shí)間關(guān)鍵型應(yīng)用程序，例如UCOS、VxWorks等。

以下是進(jìn)一步解釋兩種操作系統(tǒng)之間差異的類別：

任務(wù)調(diào)度

在任務(wù)調(diào)度類別中，GPOS 不關(guān)注優(yōu)先級(jí)。它以提供高吞吐量的方式處理調(diào)度。而在 RTOS 的情況下，調(diào)度總是側(cè)重于優(yōu)先級(jí)。與 GPOS 不同，所有高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程都在任何低優(yōu)先級(jí)任務(wù)之前執(zhí)行。

視窗

延遲問題

這是困擾 GPOS 的一個(gè)主要問題。大多數(shù) GPOS 具有無限的調(diào)度延遲——這意味著要調(diào)度的線程越多，延遲加起來就越多。RTOS 不存在所有線程和進(jìn)程都有有限延遲（線程將在設(shè)定的時(shí)間限制內(nèi)執(zhí)行）的問題。

經(jīng)濟(jì)和硬件因素

RTOS 適用于自動(dòng)售貨機(jī)或 ATM 等獨(dú)立和低端系統(tǒng)。此外，與 GPOS 相比，RTOS 體積小、重量輕。此外，GPOS 適用于一般用途和高端設(shè)備，如工作站或個(gè)人計(jì)算機(jī)。

高端設(shè)備

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搶占式內(nèi)核

首先涉及高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程執(zhí)行時(shí)的一個(gè)主要問題是可搶占內(nèi)核。因此，如果內(nèi)核不可搶占，那么來自該內(nèi)核的請(qǐng)求將立即覆蓋所有其他正在運(yùn)行的進(jìn)程。雖然 RTOS 的內(nèi)核是可搶占的，但 GPOS 的內(nèi)核不是。 

換句話說，GPOS 中的高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程執(zhí)行不能搶占內(nèi)核調(diào)用，而 RTOS 中的高優(yōu)先級(jí)進(jìn)程總是會(huì)在必要時(shí)搶占低優(yōu)先級(jí)任務(wù)，并將內(nèi)核調(diào)用之外的任務(wù)視為外部任務(wù)過程。

RTOS 與 GPOS—— 評(píng)估和選擇用于嵌入式產(chǎn)品開發(fā)的 RTOS

在評(píng)估滿足嵌入式系統(tǒng)所有要求的嵌入式 RTOS 之前，請(qǐng)確保您檢查預(yù)期的 RTOS 支持一些重要功能。 

為了讓您更輕松，以下是這些關(guān)鍵功能的概述：

RTOS vs GPOS—— 調(diào)度器

操作系統(tǒng)的調(diào)度程序負(fù)責(zé)決定操作系統(tǒng)應(yīng)該在什么時(shí)間執(zhí)行每個(gè)任務(wù)。調(diào)度程序可以根據(jù)可用資源和優(yōu)先級(jí)暫停和恢復(fù)任何任務(wù)。因此，嵌入式 RTOS 必須具有內(nèi)置調(diào)度程序。它將允許 RTOS 執(zhí)行任務(wù)的實(shí)時(shí)執(zhí)行。

軟件定時(shí)器

顧名思義，軟件定時(shí)器可以在指定的時(shí)間窗口內(nèi)執(zhí)行功能。為您的 RTOS 手動(dòng)創(chuàng)建軟件計(jì)時(shí)器并不容易或不可取，因此請(qǐng)確保您選擇具有內(nèi)置軟件計(jì)時(shí)器的 RTOS。

RTOS vs GPOS—— 排隊(duì)機(jī)制

隊(duì)列允許任務(wù)交換信息。具有內(nèi)置排隊(duì)機(jī)制的 RTOS 將支持任務(wù)之間的消息交換。

? xecution跟蹤工具 

使用跟蹤工具，您可以輕松觀察實(shí)時(shí)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)行為。因此，您的開發(fā)團(tuán)隊(duì)可以跟蹤和檢測任何錯(cuò)誤和任務(wù)的執(zhí)行。

RTOS 與 GPOS——低內(nèi)存占用

由于您需要將 RTOS 集成到 MCU 平臺(tái)中，因此預(yù)期的 RTOS 應(yīng)該具有較低的內(nèi)存占用。這意味著總大小不應(yīng)超過 MCU 總大小的 10%。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)架構(gòu)

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包起來

簡而言之，RTOS 和 GPOS 在為它們?cè)O(shè)計(jì)的應(yīng)用程序中運(yùn)行良好。盡管 RTOP 的吞吐量可能低于 GPOS，但這并不意味著其吞吐量低。 

GPOS 處理大量繁重的進(jìn)程，而 RTOP 處理的任務(wù)較少，吞吐量相對(duì)于系統(tǒng)負(fù)載而言。

然而，RTOS 的主要關(guān)注點(diǎn)是提供更可預(yù)測的執(zhí)行模式和及時(shí)的執(zhí)行——而不是高吞吐量。不過，GPOS 的情況正好相反。好吧，這總結(jié)了有關(guān) GPOS 與 RTOS 的所有內(nèi)容。如果您有任何意見或問題，請(qǐng)隨時(shí)與我們聯(lián)系。我們很樂意提供幫助。