请问单片机能运行操作系统吗？

无际单片机编程 2023-03-08 905

描述

但是操作系统不是刚需，上操作系统比较占用单片机的资源，比如占用比较多的FLASH和RAM，间接增加了硬件成本，哪怕成本增加1毛钱，对于上量的产品，分分钟是一个工程师的工资。

我做了单片机开发10几年，大多数产品其实还是裸机编程，用到操作系统的比较少。

当然，这个跟产品功能有关，一般产品功能复杂、实时性要求苛刻的就会上操作系统。

目前用的比较多的就是实时操作系统，比如主流有uC/OS-II、FreeRTOS、rt-thread。

下面，简单给大家说下3个系统各自优缺点，如有不对，请指正！

一、uC/OS-II

uC/OS-II 是 Micrium 公司开发的商业实时操作系统，它的内核设计非常稳定和可靠，更加注重调度算法和系统服务的丰富性，适合于需要更高实时性和稳定性的应用。

uC/OS-II 的优缺点如下：

特点：

对开发友好：资料多。

实时性：uC/OS-II 可以提供非常快速的中断响应和任务切换，确保系统实时性。

可移植性：uC/OS-II 可以支持多种不同的处理器架构，使得应用程序更易于移植到不同的硬件平台上。

可靠性：由于 uC/OS-II 的内核设计非常稳定和可靠，因此它被广泛应用于各种不同的嵌入式系统中。

成熟的生态环境：由于 uC/OS-II 已经发布了很长时间，因此它的社区和生态环境非常成熟和完善，用户可以方便地获取文档、示例和支持。

缺点：

商业授权费用：uC/OS-II 是一个商业实时操作系统，用户需要购买商业授权才能使用。

资源占用：uC/OS-II占用单片机资源较多，需要较大的存储空间和内存空间。

另外，开发者是可以剪裁的，也就是说你可以根据你产品的功能修改系统代码做定制，前提是你已经吃透了系统的代码，否则不要轻易尝试，不然很容易给自己挖坑。

二、 FreeRTOS

FreeRTOS 是一个开源的实时操作系统，目前占有率高。

特点：

商业授权费用：可以免费商用

轻量级：FreeRTOS 的内核非常小巧，适合资源受限的单片机。

实时性：FreeRTOS 可以提供非常快速的中断响应和任务切换，确保系统实时性。

可移植性：FreeRTOS 可以支持多种不同的处理器架构，使得应用程序更易于移植到不同的硬件平台上。

社区支持：FreeRTOS 的社区非常活跃，有大量的开发人员参与开发和维护，使得 FreeRTOS 的生态环境非常完善。

良好的文档和资料：FreeRTOS 的文档和资料非常丰富，学习和使用 FreeRTOS 相对较为简单。

缺点：

组件少：部分功能组件不够完善，比如GUI(图形界面)、TCP/IP、文件系统需外扩第三方。

三、rt-thread

这个是国内一款适合物联网产品的实时操作系统，特点是资源占用极低(1.2KB RAM和3KB Flash)，代码架构做低功耗功能比较方便。

优点：

轻量级：RT-Thread 的内核非常小巧，适合资源受限的单片机。

实时性：RT-Thread 可以提供非常快速的中断响应和任务切换，确保系统实时性。

可裁剪性：RT-Thread 可以按需选择需要的组件，以减小系统占用的资源。

面向对象：RT-Thread 支持对象化编程，使得代码更加清晰易懂。

跨平台支持：RT-Thread 可以支持多种不同的处理器架构。

缺点：

生态相对不够完善：相比一些成熟的嵌入式操作系统，RT-Thread 的社区和开发人员数量相对较少，生态环境相对不够完善。

学习曲线较陡峭：RT-Thread 是一个相对较新的操作系统，它的文档和资料相对较少，学习曲线相对较陡峭。

不适合大型系统：由于 RT-Thread 的内核设计初衷是轻量级和实时性，所以它不适合构建大型的嵌入式系统。

四、自己对RTOS的理解

最后聊一下，我对这些实时操作系统的理解。

我觉得实时操作系统，本质上就是一个实时性高的程序架构。

实时就是能保证我的任务规定的时间内去执行，这用传统while(1)轮询方式是实现不了的。

程序架构就好比建房子时的地基，只有地基稳了，才能应对外在恶劣环境对房子造成的影响，比如台风、地震。

我们写程序也是一样的，程序架构就是的”地基”，只有地基稳了，你的程序才能应对项目经理突如其来的改功能、换芯片方案，你的代码才经得起折腾、产品功能做得稳定。

可惜啊，很多工程师并没有写程序架构的能力，因为对经验和代码水平要求比较严格。

所以一般复杂的项目，直接上现成的、稳定的实时操作系统就可以了。

这样至少可以保证两点：

1.程序架构上不出问题。

2.程序的实时性不出问题。

不过用现成的也是有缺点的，就是RTOS的功能很多，有很多你产品压根用不上，但是你没办法，你又不会剪裁，这样就会浪费你很多单片机资源。

所以这几年我做项目，一直是用自己写的程序架构，然后程序实时性通过人工去规避。

RAM

比如任务初始化、创建、调度管理。

还有实时操作系统一些实用功能，比如队列，也是产品常用的，只是我自己写了更简化的代码。

RAM

审核编辑：刘清

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