在這個現(xiàn)代時代，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)運行并處理大量不同的任務。但是，作為電子愛好者，您很可能需要更深入地了解您的項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，那么您來對地方了。

準備好？讓我們開始。

通用操作系統(tǒng) (GPOS)

GPOS 是一種操作系統(tǒng)，可以管理大量進程并在單位時間內(nèi)完成一次執(zhí)行——我們喜歡稱之為吞吐量。有時，通用操作系統(tǒng)會延遲一個高優(yōu)先級線程的執(zhí)行，以執(zhí)行五個或六個低優(yōu)先級進程。 

電腦工作站

來源：Pixabay

因此，為了實現(xiàn)必要的高吞吐量，它將為五個低優(yōu)先級任務提供服務，而不是執(zhí)行一個高優(yōu)先級進程。換句話說，如果多個低優(yōu)先級任務排隊等待執(zhí)行，GPOS 將允許這些任務先運行，以保持其高吞吐量。

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

此外，此策略允許 GPOS 提供桌面和服務器應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)先級任務或時間關(guān)鍵線程會在低優(yōu)先級線程之前執(zhí)行。因此，通用操作系統(tǒng)更適合同時執(zhí)行多項任務的設(shè)備。

個人電腦（PC）

來源：Pixabay

實時操作系統(tǒng) (RTOS)

另一方面，RTOS 的設(shè)計能夠以高精度處理對時間要求嚴格的應用程序。對于屬于此類別的操作系統(tǒng)，它執(zhí)行的每個關(guān)鍵操作都必須有一個最長的時間段。換句話說，它是一個有時限的系統(tǒng)。

實時操作系統(tǒng)相當復雜。不過別擔心，我們會為你分解。RTOS 具有三個基本功能，即調(diào)度程序、RTOS 服務、同步和消息傳遞。

調(diào)度器

調(diào)度器具有三種狀態(tài)：第一個是準備運行狀態(tài)，適用于可以在必要時切換到運行狀態(tài)的就緒任務。其次是運行狀態(tài)，適用于任務執(zhí)行時的狀態(tài)。最后，阻塞狀態(tài)是任務無法運行并被發(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：

搶占式任務調(diào)度方法/基于優(yōu)先級的調(diào)度

搶占式調(diào)度技術(shù)涉及依賴于優(yōu)先級的時間分配。在這里，您可以為每個任務分配一個唯一的優(yōu)先級。 

合作調(diào)度

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

最后，內(nèi)核負責創(chuàng)建任務、更改任務的優(yōu)先級、更改任務的狀態(tài)以及刪除任務。

實時操作系統(tǒng)服務

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

內(nèi)核圖

來源：維基共享資源

消息傳遞和同步

消息傳遞功能為 RTOS 在任務之間與其他系統(tǒng)通信提供了一種方式。消息傳遞服務包括郵箱、管道、消息隊列、事件標志和信號量。 

郵箱、消息隊列和管道可以在任務之間發(fā)送消息，而事件標志可以同步所有任務間活動。此外，信號量可以同步對共享資源的訪問。

RTOS（實時操作系統(tǒng)）與 GPOS（通用操作系統(tǒng)）

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

自動柜員機

另一方面，PC 有多種用途，使其成為一個對時間不敏感的系統(tǒng)。您可以使用 PC 同時運行各種應用程序。此外，沒有特別的時間在 PC 甚至智能手機上做任何事情。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，這取決于正在運行的進程和任務的數(shù)量。

手機 

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

Linux系統(tǒng)

雖然實時操作系統(tǒng)適用于需要快速和可預測響應的時間關(guān)鍵型應用程序，例如UCOS、VxWorks等。

以下是進一步解釋兩種操作系統(tǒng)之間差異的類別：

任務調(diào)度

在任務調(diào)度類別中，GPOS 不關(guān)注優(yōu)先級。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。與 GPOS 不同，所有高優(yōu)先級進程都在任何低優(yōu)先級任務之前執(zhí)行。

視窗

延遲問題

這是困擾 GPOS 的一個主要問題。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程都有有限延遲（線程將在設(shè)定的時間限制內(nèi)執(zhí)行）的問題。

經(jīng)濟和硬件因素

RTOS 適用于自動售貨機或 ATM 等獨立和低端系統(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，如工作站或個人計算機。

高端設(shè)備

來源：維基共享資源

搶占式內(nèi)核

首先涉及高優(yōu)先級進程執(zhí)行時的一個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)核的請求將立即覆蓋所有其他正在運行的進程。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)先級進程執(zhí)行不能搶占內(nèi)核調(diào)用，而 RTOS 中的高優(yōu)先級進程總是會在必要時搶占低優(yōu)先級任務，并將內(nèi)核調(diào)用之外的任務視為外部任務過程。

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

在評估滿足嵌入式系統(tǒng)所有要求的嵌入式 RTOS 之前，請確保您檢查預期的 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)度程序負責決定操作系統(tǒng)應該在什么時間執(zhí)行每個任務。調(diào)度程序可以根據(jù)可用資源和優(yōu)先級暫停和恢復任何任務。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)行任務的實時執(zhí)行。

軟件定時器

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

RTOS vs GPOS—— 排隊機制

隊列允許任務交換信息。具有內(nèi)置排隊機制的 RTOS 將支持任務之間的消息交換。

? xecution跟蹤工具 

使用跟蹤工具，您可以輕松觀察實時系統(tǒng)的實時行為。因此，您的開發(fā)團隊可以跟蹤和檢測任何錯誤和任務的執(zhí)行。

RTOS 與 GPOS——低內(nèi)存占用

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

實時操作系統(tǒng)架構(gòu)

來源：維基共享資源

包起來

簡而言之，RTOS 和 GPOS 在為它們設(shè)計的應用程序中運行良好。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 處理大量繁重的進程，而 RTOP 處理的任務較少，吞吐量相對于系統(tǒng)負載而言。

然而，RTOS 的主要關(guān)注點是提供更可預測的執(zhí)行模式和及時的執(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，請隨時與我們聯(lián)系。我們很樂意提供幫助。