嵌入式OS的紅花綠葉

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前文說(shuō)到，20世紀(jì)70年代末，嵌入式OS商業(yè)產(chǎn)品在美國(guó)和加拿大等國(guó)家出現(xiàn)，90年代末嵌入式OS的數(shù)量呈現(xiàn)井噴式增加，最鼎盛的時(shí)候有數(shù)百種之多，即使經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展和淘汰，現(xiàn)在依然有數(shù)十余種。我注意到，在眾多的公司中有人盡皆知的著名企業(yè)，比如微軟和風(fēng)河，而更多的是映襯在這些大紅花周?chē)木G葉公司，其中許多都是小公司，甚至個(gè)人，他們多數(shù)默默無(wú)聞，憑著熱情和執(zhí)著堅(jiān)守在嵌入式OS的戰(zhàn)場(chǎng)，嵌入式OS得發(fā)展離不開(kāi)這些綠葉。我僅就其中3個(gè)做一個(gè)介紹。

嵌入式OS的前輩-SMX
Micro digital公司創(chuàng)立于1997年，SMX (simple multitasking executive)是一個(gè)嵌入式OS，也是一個(gè)RTOS。公司最初只是在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域做工程應(yīng)用和服務(wù)。SMX開(kāi)發(fā)始于1987年，1989年第一個(gè)版本的SMX發(fā)表了，之后近20年SMX 逐漸豐富和完善，形成包括內(nèi)核、文件、網(wǎng)絡(luò)、圖形、USB和WiFi模塊的一個(gè)比較完整的嵌入式OS。

Micro digital的創(chuàng)始人Ralph Moore是這個(gè)行業(yè)的前輩，早期從事大型計(jì)算機(jī)的研究，后來(lái)自學(xué)編程成為微處理器的程序員，經(jīng)過(guò)多年研究成功地開(kāi)發(fā)出SMX。 之后Ralph 轉(zhuǎn)入公司業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)和銷(xiāo)售，最近幾年他潛心在v4版本的SMX 多任務(wù)內(nèi)核設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)， 最新版本的SMX 內(nèi)核已經(jīng)在2014年1月正式發(fā)布[1]。

我在2000年1月曾經(jīng)訪(fǎng)問(wèn)過(guò)Micro digital，它位于美國(guó)南加州Costa Mesa ，距離著名Orange Country（橘郡）不遠(yuǎn)，旁邊就是UC Irvine大學(xué)。我去的時(shí)候，當(dāng)時(shí)公司有Ralph 和他的兒子David 還有一個(gè)行政助理Betty。最近當(dāng)我計(jì)劃寫(xiě)這篇文章查閱SMX 網(wǎng)站的時(shí)候，我看到這3個(gè)人依然在，另外還增加5個(gè)工程師。 與Ralph 的見(jiàn)面促成我們之后的合作，昆明一家公司購(gòu)買(mǎi)SMX RTOS ，運(yùn)行工業(yè)PC上，用于生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。除了這個(gè)客戶(hù)外，SMX這個(gè)產(chǎn)品沒(méi)有找到更多機(jī)會(huì)在國(guó)內(nèi)推廣，但是SMX 代理的GUI模塊-PEG，我們?cè)趪?guó)內(nèi)找到了一些用戶(hù)，PEG即可以支持SMX，也可以獨(dú)立甚至在其他的RTOS運(yùn)行，我們把PEG移植到VRTX和PPC823平臺(tái)上面，還開(kāi)發(fā)了中文字庫(kù)，這樣市場(chǎng)就容易推廣了。

SMX 有20多年的歷史，上百個(gè)成功應(yīng)用，最新版本SMX 4.2在內(nèi)核性能提高、減少存儲(chǔ)器使用、提高安全和可靠性、增加新的特性等方面有了很大的改變[2]。SMX不是很有名氣的RTOS，即無(wú)法與功能完整的QNX和微軟Window CE相比，也無(wú)法與小巧靈活的uc/OS 并論。SMX是介于二者之間，即保持嵌入式OS的實(shí)時(shí)性，也盡可能放入更多的功能，可以滿(mǎn)足高性能嵌入式系統(tǒng)的需求。 最難能可貴的是SMX團(tuán)隊(duì)在嵌入式OS上堅(jiān)持不懈的精神。

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開(kāi)源新兵-FreeRTOS
FreeRTOS最近幾年的名氣越來(lái)越大了，許多MCU公司的最新ARM Cortex MCU都有移植好的FreeRTOS版本支持。最早聽(tīng)到這個(gè)名字是在學(xué)習(xí)飛利浦的8051單片機(jī)的時(shí)候，它應(yīng)該是為數(shù)不多的可以支持8位MCU的RTOS中的一個(gè)（另外稍有名氣的可能是CMX）。讓我更多地了解FreeRTOS的人是我的老朋友-Interniche公司的Larry Lader，Interniche公司做嵌入式TCP/IP已經(jīng)20多年了，TCP/IP 運(yùn)行最好是在一個(gè)OS上面，最近我訪(fǎng)問(wèn)硅谷的時(shí)候，Larry告訴我，他的許多用戶(hù)都在使用FreeRTOS[3]。

FreeRTOS的創(chuàng)始人是 Richard Barry，F(xiàn)reeRTOS軟件的開(kāi)發(fā)始于2002年，是一個(gè)針對(duì)MCU的標(biāo)準(zhǔn)交叉開(kāi)發(fā)平臺(tái)，已經(jīng)移植到了27個(gè)MCU核上，可以支持17種工具鏈。根據(jù)EEtime 2011年統(tǒng)計(jì)每年有超過(guò)8萬(wàn)次FreeRTOS下載?，F(xiàn)在，F(xiàn)reeRTOS 項(xiàng)目是由Real Time Engineers Ltd 擁有、運(yùn)行和維護(hù)。Richard Barry 同時(shí)還參加基于FreeRTOS技術(shù)、面向安全和關(guān)鍵應(yīng)用的軟件-SafeRTOS開(kāi)發(fā)[4]。

FreeRTOS是一個(gè)緊湊的實(shí)時(shí)內(nèi)核，具備RTOS基本功能，占用存儲(chǔ)器也比較少。但是缺少內(nèi)存分配功能，內(nèi)核調(diào)試需要借助第三方-Percepio的嵌入式OS跟蹤工具Tracealyzer，F(xiàn)reeRTOS不支持MPU，沒(méi)有自身的中間件模塊，總體看FreeRTOS比較同類(lèi)的產(chǎn)品功能上有比較大的差距。圖書(shū)和資料方面，Richard Barry寫(xiě)了一本書(shū)，《使用FreeRTOS實(shí)時(shí)內(nèi)核：實(shí)用指南》，國(guó)內(nèi)的網(wǎng)友有翻譯成中文電子版本。最近幾年國(guó)內(nèi)的嵌入式軟件開(kāi)發(fā)圖書(shū)中也有章節(jié)對(duì)FreeRTOS做了介紹。

FreeRTOS 遵循GPL的軟件授權(quán)協(xié)議，商業(yè)用戶(hù)亦可購(gòu)買(mǎi)商業(yè)授權(quán)獲得其私有的授權(quán)協(xié)議，這樣的好處，任何基于FreeRTOS修改和相關(guān)的用戶(hù)代碼均可以不公開(kāi)，這也就是我們通常所說(shuō)的雙授權(quán)協(xié)議，雙授權(quán)是FreeRTOS的最大的優(yōu)勢(shì)。如果你采用開(kāi)源授權(quán)，那對(duì)不起，你必須要把FreeRTOS內(nèi)核相關(guān)修改貢獻(xiàn)出來(lái)，如果你是商業(yè)產(chǎn)品，希望保留這些修改為自己企業(yè)商業(yè)機(jī)密，那么就購(gòu)買(mǎi)商業(yè)授權(quán)吧。

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埋頭苦干的ThreadX
ThreadX 創(chuàng)始人Edward L. Lamie博士曾經(jīng)是美國(guó)加州大學(xué)斯坦尼斯分校計(jì)算機(jī)科學(xué)系教授，多年從事計(jì)算機(jī)科學(xué)的教學(xué)和科研工作，有多本專(zhuān)著出版。其中《Real-Time Embedded Multithreading: Using ThreadX and ARM》已經(jīng)被出版成多種文字，中文版由北航出版社出版。Lamie的其他作者還包括 Pascal Programming 和PL/1
Programming：a structured，Disciplined Approach[5]。

講到ThreadX 和Lamie 博士，還有一段小故事。據(jù)業(yè)界人士介紹，Lamie也是Nucleus RTOS（公司叫Accelerated Technology）的創(chuàng)始人。Nucleus從1.0版本發(fā)展到1.3版本后被Mentor收購(gòu)，Mentor將Nucleus的版本修改為1.11后繼續(xù)發(fā)展，而Lamie另立公司Express Logic，重新開(kāi)發(fā)一個(gè)ThreadX，最初版本是3.0，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了5.X。ThreadX和Nucleus雖然大體結(jié)構(gòu)和大部分機(jī)制相似，但是Lamie 博士還是做了很多變化。據(jù)最新的報(bào)道，ThreadX 已經(jīng)嵌入在超過(guò)15億個(gè)設(shè)備當(dāng)中，其中包括大量的消費(fèi)電子產(chǎn)品，比如HP打印機(jī)、多種3G手機(jī)芯片和近年來(lái)日趨增加的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備[6]。

ThreadX是提供源代碼、一次性授權(quán)的嵌入式OS，與小型RTOS一樣，ThreadX在技術(shù)上并無(wú)特別的新意。除了內(nèi)核以外ThreadX 可以提供基本的嵌入式OS的中間件，包括FILEX，GUIX，NETX，USBX等，提供2種內(nèi)核開(kāi)發(fā)工具-TraceX和StackX，其他工具要借助第三方了，比如IAR和ARM KEIL。Express Logical在市場(chǎng)上非常低調(diào)，腳踏實(shí)地的把產(chǎn)品做好，應(yīng)用好和服務(wù)好，贏得客戶(hù)的口碑，如果你注意一下ThreadX的公司網(wǎng)站和宣傳資料，他們總是強(qiáng)調(diào)有多少設(shè)備使用了ThreadX，2007年的數(shù)字是4.5億，到了現(xiàn)在已經(jīng)是15億了，這與學(xué)者出身的Lamie 博士嚴(yán)謹(jǐn)和務(wù)實(shí)不無(wú)關(guān)系。Express Logic位于加州San Diego ，這里匯集了無(wú)線(xiàn)通信和醫(yī)療領(lǐng)域的美國(guó)高科技公司，著名的高通(Qualcom)公司總部就在San Diego，德州儀器、三星、Intel、摩托羅拉、松下等全球主流的高科技企業(yè)均在此地設(shè)有專(zhuān)門(mén)的無(wú)線(xiàn)通信研發(fā)機(jī)構(gòu)，這些幫助了ThreadX在無(wú)線(xiàn)通訊領(lǐng)域有大量的應(yīng)用。我最近在參觀(guān)美國(guó)CES2014展覽的時(shí)候，看到一款高通公司最新開(kāi)發(fā)的智能手表-Toq，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的人員介紹就是使用了ThreadX 嵌入式OS，見(jiàn)圖1。

圖1 高通（Qualcom）的智能手表-Toq

小結(jié)
嵌入式應(yīng)用千變?nèi)f化，構(gòu)建這些應(yīng)用的嵌入式平臺(tái)也是百花齊放，其中核心技術(shù)-嵌入式OS自然也不能一統(tǒng)天下了。眾多嵌入式OS的小公司和個(gè)人主導(dǎo)開(kāi)源項(xiàng)目為嵌入式應(yīng)用大家族增添了異彩，也為嵌入式OS發(fā)展起到了創(chuàng)新和探索的作用。這些綠葉是嵌入式OS大家庭不可缺少的成員，上面我介紹的只是其中3個(gè)，還有更多，他們的名字有AMX、CMX、RTXC、EmbOS（德國(guó)），RTX（英國(guó)）iTron（日本）、Chrous（法國(guó)）、RT-thread（中國(guó)）、IRMX、DSP/BIOS、INTEGRITY和SafeRTOS(英國(guó))等。

參考資料：
[1]https://www.smxrtos.com/management.html
[2]smx special feature www.smxinfo.com
[3]https:/www.interniche.com
[4]https://en.wikipedia.org/wiki/FreeRTOS
[5] Edward L lamie 著 張炯譯 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)多線(xiàn)程計(jì)算-基于ThreadX和ARM 北京航空航天大學(xué)出版社

[6] https://rtos.com/news/

與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容，未經(jīng)許可，不得轉(zhuǎn)載

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系列之一：何為嵌入式操作系統(tǒng)？

摘要：對(duì)嵌入式操作系統(tǒng)的定義，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者和企業(yè)界人士的理解都不盡相同，具有代表性的意見(jiàn)有兩種；一種是說(shuō)嵌入式系統(tǒng)就是嵌入式的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，另外一種認(rèn)為嵌入式系統(tǒng)是一種機(jī)電結(jié)合、軟硬結(jié)合執(zhí)行某種特殊功能的系統(tǒng)……

系列之二：嵌入式OS的“摩托”系

摘要：摩托羅拉自1974年發(fā)布第一款MC6800 --8位微處理器到1979發(fā)布的MC68000（簡(jiǎn)稱(chēng)68K）-16/32位CPU之后，其芯片因?yàn)榧纯梢允褂迷谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)中，也可以使用在嵌入式系統(tǒng)，很快成為當(dāng)時(shí)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。最早開(kāi)發(fā)嵌入式OS的公司，許多都是借助摩托羅拉的市場(chǎng)起家的……

系列之三：VRTX--商業(yè)嵌入式OS的開(kāi)拓者

摘要：除了上一篇提到的OS-9以外，最早出現(xiàn)的嵌入式操作系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)為嵌入式OS）當(dāng)屬VRTX，因其在技術(shù)上創(chuàng)新性，得到用戶(hù)和嵌入式系統(tǒng)公司的廣泛支持，VRTX可稱(chēng)為商業(yè)嵌入式OS的開(kāi)拓和領(lǐng)導(dǎo)者……

系列之四：μC/OS的故事（一）

系列之七：風(fēng)河-嵌入式OS的常青樹(shù)

摘要：風(fēng)河公司(Wind River System)是一家專(zhuān)業(yè)從事嵌入式OS、軟件開(kāi)發(fā)工具、解決方案平臺(tái)和服務(wù)的軟件公司，由Jerry Fiddle和David Wilner在1981年美國(guó)加州創(chuàng)立。VxWorks是風(fēng)河公司推出的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS）……