絕對的技術(shù)干貨:MCU專用的RTOS種類
發(fā)布時間:2015-05-14 責(zé)任編輯:sherry
【導(dǎo)讀】微控制器(MCU)廣泛應(yīng)用在各行各業(yè),如各式家電、工業(yè)自動化,即時控制、資料采集等領(lǐng)域,為因應(yīng)工控所需的即時(Realtime)控制、快速回應(yīng)等需求,因此MCU大多搭載RTOS(即時作業(yè)系統(tǒng))運(yùn)作。本文就為大家盤點下MCU專用RTOS種類。
微控制器(MCU)廣泛應(yīng)用在各行各業(yè),如各式家電、工業(yè)自動化,即時控制、資料采集等領(lǐng)域,為因應(yīng)工控所需的即時(Realtime)控制、快速回應(yīng)等需求,因此MCU大多搭載RTOS(即時作業(yè)系統(tǒng))運(yùn)作。隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起,軟體業(yè)也為RTOS加入物聯(lián)網(wǎng)的成分,以提早卡位物聯(lián)網(wǎng)的核心軟體市場…
各種處理器專用之OS
在一般功能(General-purpose)的處理器市場分類中,若以功能與執(zhí)行速度來說,大致分為CPU > MPU > MCU。CPU的功能最強(qiáng),主要應(yīng)用在電腦產(chǎn)品;MPU功能次之,其應(yīng)用多元,主要應(yīng)用在嵌入式系統(tǒng)與精簡型電腦等多種;而MCU則是以單一應(yīng)用為主,應(yīng)用在各式家電、電子產(chǎn)品、嵌入式產(chǎn)品、可穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應(yīng)用產(chǎn)品等控制應(yīng)用。
MCU內(nèi)部整合了KHz~MHz級的CPU、KB~MB級的記憶體單元(RAM與ROM/EEPROM/Flash)、時脈產(chǎn)生器(Oscillator;Clock Generator)、與I/O擴(kuò)充單元等,可視為一種速度較慢的系統(tǒng)單芯片(SoC)。
由于內(nèi)部存儲容量小,因此大型作業(yè)系統(tǒng)如Windows、Linux等是不可能塞入MCU去執(zhí)行的,且MCU大多被應(yīng)用在即時控制的環(huán)境,因此許多容量小的RTOS(Real-Time Operating System;即時作業(yè)系統(tǒng)),便成為開發(fā)MCU軟體的主要平臺。
[page]
主打嵌入式應(yīng)用的中高階RTOS
RTOS的種類繁多,主要設(shè)計給基于MPU或MCU的嵌入式系統(tǒng)所使用。例如MPU等級專用的有Integrity、QNX、VxWorks等功能強(qiáng)大之 RTOS;至于體積較小巧,主要支援MCU等級為主的RTOS,則有Nucleus、ThreadX、Unison OS、ucOS II/III等等。
以Green Hills Software推出的Integrity OS為例,就是一種支援MPU (甚至CPU等級)為主的RTOS。其強(qiáng)項在于Integrity-178版本已通過EAL 6+(資訊安全)認(rèn)證與DO-178B(飛安環(huán)境) A級認(rèn)證,被應(yīng)用在極度重視安全和可靠性的市場,例如戰(zhàn)斗機(jī)(如B-2、F-16、F-22、F-35)與民航機(jī)(如Airbus A380)等領(lǐng)域。該RTOS支援ARM、XScale、Blackfin、Freescale (已并入NXP) ColdFire、MIPS、PowerPC、AMD x86(嵌入式APU)等CPU/MPU平臺。
另一個知名的QNX RTOS,采用微核心架構(gòu),是唯一成功打入商用市場的OS,其強(qiáng)項是多媒體的即時處理能力,適用于車(機(jī))上娛樂設(shè)備與手機(jī)等嵌入式市場。QNX于 2010年被BlackBerry購并,并開發(fā)出BB 10作業(yè)系統(tǒng)。QNX支援IA32、MIPS、PowerPC、SH-4、ARM、StrongARM、XScale等CPU/MPU平臺。
至于像是IntervalZero的RTX、RTX64,則是設(shè)計來與微軟Windows共存共容的RTOS,搭配EtherCAT協(xié)定來做為工廠自動化的應(yīng)用。其中,Windows主要負(fù)責(zé)GUI、儲存、運(yùn)算,RTX則負(fù)責(zé)即時工控與資料采集,讓工控軟體開發(fā)更容易。以上的RTOS都是MB至GB等級的 MPU等級OS,不適用于MCU的環(huán)境。
主打MCU應(yīng)用的商用RTOS
中低階RTOS部分,主要是把軟體功能極盡精簡到MB甚至KB等級,使整個OS與主要應(yīng)用程式,均可以塞入MCU里的ROM/EEPROM/Flash。由于MCU應(yīng)用的領(lǐng)域更加廣泛,其軟體必須力求更加精簡,因此MCU專用的RTOS大多具備非常高度模組化的架構(gòu),從核心、驅(qū)動程式、檔案系統(tǒng)、周邊 I/O、網(wǎng)路支援等,都可以量身訂作,以利產(chǎn)品快速上市。
商用的RTOS有些會提供原始碼給授權(quán)客戶,而開源的RTOS則更能自由使用,讓開發(fā)人員可以編譯出程式碼最小、最佳化的執(zhí)行環(huán)境。
由于各芯片廠所推出的MCU產(chǎn)品/開發(fā)板,都會有其對應(yīng)的OS與IDE(整合軟體開發(fā)環(huán)境),但這些OS與軟體開發(fā)環(huán)境可能只適用于該廠的MCU產(chǎn)品,因此第三方軟體廠商,就開發(fā)出跨芯片/跨硬體平臺的OS與IDE,讓開發(fā)人員不須因為換了硬體平臺,軟體就必須全部改寫。
目前MCU OS/IDE市場占有率最高的,大多是軟體公司所推出商用RTOS(搭配各廠商的MCU產(chǎn)品),然隨著ARM推出Cortex-M、Cortex-R等指令集架構(gòu),進(jìn)軍可穿戴與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場,使得ARM架構(gòu)(采開源碼)的RTOS開始有提升的趨勢。
Mentor Graphics旗下Accelerated Technology公司所推出的Nucleus,采Microkernel設(shè)計,號稱有30億個設(shè)備導(dǎo)入,優(yōu)勢是核心長度可以小至2KB,且開發(fā)人員不需要撰寫嵌入式設(shè)備專用BSP(開發(fā)板支援套裝軟體),因此被廣泛應(yīng)用到消費(fèi)性電子、移動設(shè)備、車用電子、智能能源、醫(yī)療儀器、工業(yè)/工控等領(lǐng)域。
早期采用聯(lián)發(fā)科MT6217芯片的大陸山寨、白牌、雙卡2G手機(jī),就是執(zhí)行Nucleus RTOS。該RTOS支援ARM、MicroBlaze、MIPS、Nios II、Power、SuperH、XScale等嵌入式MCU架構(gòu)。
Express Logic推出的ThreadX,則是一套免收權(quán)利金的RTOS,其優(yōu)點是具備超快速的開機(jī)時間、反應(yīng)時間,其Picokernel核心長度低于2KB,并通過安全規(guī)范,號稱有21億個設(shè)備導(dǎo)入使用。例如HP的旗下印表機(jī)和事務(wù)機(jī)便采用該RTOS。可廣泛支援各式32位MCU,包含ARM、Atmel、 BlackFin、CoreFire/68K、EFM32、Freescale (NXP)、FM3、H8、XMC、M-Core、MicroBlaze、MIPS、Nios II、Power、STM32、StrongARM、Synopsys ARC、TI、Win32、x86/x386、XScale等等。
Wind River公司所推出的VxWorks,主要針對嵌入式系統(tǒng)設(shè)計,采Monolithic (單體式)核心,優(yōu)勢是具備先占式多工處理核心、循環(huán)執(zhí)行、岔斷快速反應(yīng)等特性,原生支援64位處理器架構(gòu)(x64)、可進(jìn)行平行(SMP)/非平行 (AMP)處理,累積至今有超過15億個設(shè)備導(dǎo)入。
新版VxWorks 7則瞄準(zhǔn)IoT所需要的可擴(kuò)充性、安全性、連接性、繪圖能力、虛擬化等做強(qiáng)化,而全功能的VxWorks微核心長度只要20KB。VxWorks廣受科技業(yè)界的采用,登陸火星的Curiosity(好奇號)便采用VxWorks。該RTOS支援Intel x86(包含Quark SoC與x86-64)、MIPS、PowerPC、SH-4、ARM等CPU/MPU架構(gòu)。
RoweBots公司的Unison OS,則是一款完全相容于POSIX(可移植作業(yè)系統(tǒng)界面)的RTOS,適用于MCU、DSC、DSP、SoC、FPGA等32位的硬體開發(fā)環(huán)境,其好處是特別針對物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用,提升其系統(tǒng)安全性,且核心程式碼在某些應(yīng)用架構(gòu)可以低到僅1KB。支援Microchip PIC32、Renesas R32C/SH2A、ST STM32、TI ARM Cortex-M3等32位MCU。
Micrium的μc/OS-II (microcontroller OS version 2),主打可攜、能在ROM執(zhí)行、彈性、先占式多工的RTOS核心,可管理高達(dá)250個應(yīng)用任務(wù)。μc/OS-III則主打無限應(yīng)用任務(wù)、幾近于零的岔斷,并可提供原始碼給客戶。
其優(yōu)勢在于該系統(tǒng)原始碼開放、整潔一致、注釋詳盡,亦通過FAA認(rèn)證與DO-178B認(rèn)證,適合各種嵌入式與物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)開發(fā),核心大小從5或 6KB~24KB。至于μc/OS-III HW-RTOS,則是針對ARM Cortex-M為主的MCU做硬體加速。該RTOS可支援超過100種DSP、MPU、MCU。
ARM MCU促使開源RTOS興起
近年來由于ARM架構(gòu)的處理器橫掃全球智能移動設(shè)備(手機(jī)/平板)市場,除了搭配各MCU/MPU硬體平臺所推出的商用RTOS/IDE之外,為進(jìn)軍物聯(lián)網(wǎng)與可穿戴的MCU級應(yīng)用,ARM推出Cortex-M與Cortex-R的指令集架構(gòu),搭配開源的OS/IDE來搶占MCU的應(yīng)用市場。
例如ARM推出的mbed OS與相關(guān)開發(fā)環(huán)境,便著重于嵌入式設(shè)備與IoT的應(yīng)用,具備連接性、高效率、安全性、生產(chǎn)力的OS,搭配其mbed-rtos函式庫,亦可做為RTOS的應(yīng)用。該mbed開發(fā)環(huán)境,可開發(fā)出智能家庭、智能城市、可穿戴等應(yīng)用產(chǎn)品。
此外,坊間針對ARM平臺所推出的開源RTOS/IDE很多,例如FreeRTOS、uKOS-II、Atomthreads、BeRTOS社群版、 ChibiOS/RT、CoActionOS、eCos、Embox、Erika Enterprise/RT-Druid、Keil (ARM) RTX、Lepton、nOS、Nut/OS、NuttX、RIOT、RT-Thread、TI-RTOS-KERNEL(SYS/BIOS)、TNeo 等等,讓開發(fā)人員有更多的選擇。
其他專用MCU的非即時OS概述
此外,也有許多針對MCU設(shè)計的開源OS (非RTOS),但同樣具有體積小的特性,有些是針對IoT的WSN(無線傳感網(wǎng)路)應(yīng)用,例如Contiki OS、TinyOS。而有些則具備一般桌上型圖形化使用界面(GUI),例如SymbOS、Wheels OS等。
Contiki OS是一套開源的微型OS,可應(yīng)用在Atmel ARM/AVR、LPC、PIC32、TI MSP430/CC2430/2538/2630/2650、STM32W等MCU做IoT應(yīng)用,也可在博物館級的8位電腦(Apple II、Atari、Commodore等)做上網(wǎng)連線、甚至在骨灰級游樂器(Atari Jaguar、Game Boy/Advance、GP32、任天堂紅白機(jī)、PC Engine等)上執(zhí)行。
至于SymbOS,則是一套能在8位Z80 CPU (如MSX、Amstrad)的古董電腦上執(zhí)行之免費(fèi)多媒體圖形作業(yè)系統(tǒng),賦予如Windows 95般的操作畫面,讓舊電腦回春。
特別推薦
- 克服碳化硅制造挑戰(zhàn),助力未來電力電子應(yīng)用
- 了解交流電壓的產(chǎn)生
- 單結(jié)晶體管符號和結(jié)構(gòu)
- 英飛凌推出用于汽車應(yīng)用識別和認(rèn)證的新型指紋傳感器IC
- Vishay推出負(fù)載電壓達(dá)100 V的業(yè)內(nèi)先進(jìn)的1 Form A固態(tài)繼電器
- 康佳特推出搭載AMD 銳龍嵌入式 8000系列的COM Express緊湊型模塊
- 村田推出3225尺寸車載PoC電感器LQW32FT_8H系列
技術(shù)文章更多>>
- “扒開”超級電容的“外衣”,看看超級電容“超級”在哪兒
- DigiKey 誠邀各位參會者蒞臨SPS 2024?展會參觀交流,體驗最新自動化產(chǎn)品
- 提前圍觀第104屆中國電子展高端元器件展區(qū)
- 高性能碳化硅隔離柵極驅(qū)動器如何選型,一文告訴您
- 貿(mào)澤電子新品推薦:2024年第三季度推出將近7000個新物料
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
濾波電感
濾波器
路由器設(shè)置
鋁電解電容
鋁殼電阻
邏輯IC
馬達(dá)控制
麥克風(fēng)
脈沖變壓器
鉚接設(shè)備
夢想電子
模擬鎖相環(huán)
耐壓測試儀
逆變器
逆導(dǎo)可控硅
鎳鎘電池
鎳氫電池
紐扣電池
歐勝
耦合技術(shù)
排電阻
排母連接器
排針連接器
片狀電感
偏光片
偏轉(zhuǎn)線圈
頻率測量儀
頻率器件
頻譜測試儀
平板電腦