FreeRTOS vs VxWorks vs QNX vs Zephyr: vergelijking om RTOS te kiezen

Het kiezen van een real-time besturingssysteem is niet triviaal: Het RTOS bepaalt de prestaties, betrouwbaarheid en de kosten van je hele embedded project. Tussen FreeRTOS, VxWorks, QNX en Zephyr bestaan ​​zeer verschillende filosofieën, licenties en ecosystemen die het waard zijn om van binnen en van buiten te kennen.

De laatste jaren is het gesprek op forums en in communities verhit geraakt: van degenen die beweren dat FreeRTOS voldoende is tot degenen die beweren dat Commerciële RTOS maken het verschil als het gaat om certificeringen en ondersteuning. Er staat iets op het spel. Hier verzamelen en vergelijken we al die informatie, zodat u een beslissing kunt nemen zonder al te veel risico te nemen.

Wat we vergelijken en waarom het belangrijk is

Naast specifieke benchmarks is het de moeite waard om de kernelarchitectuur, licenties, certificeringen, ecosysteem en ontwikkelingservaringEen wearable met BLE is niet hetzelfde als een DAL A-vliegtuigsysteem of een motorcontroller met ISO 26262-vereisten.

De markt is springlevend: FreeRTOS nu onder Amazon, ThreadX evolueert als Eclipse ThreadX, open initiatieven zoals Zephyr ondersteund door de Linux Foundation en traditionele leiders zoals VxWorks of QNX met tientallen jaren aan kritische implementaties.

Bovendien zijn er nuances die het spel veranderen: sommige RTOS Ze rekenen royalty's per eenheidandere zijn MIT/Apache; sommige vertrouwen op een microkernel met POSIX en andere op een minimale kernel en modulaire uitbreidingen.

Huidig ​​panorama van RTOS

Marktonderzoek (AspenCore Embedded Markets Study, VDC Research) en technische vermeldingen bevestigen het volgende: FreeRTOS is het meest gebruikte RTOS in volume op basis van MCU-dekking, terwijl VxWorks en QNX toonaangevend zijn in gereguleerde sectoren. Zephyr groeit als een "ecosysteemplatform" voor IoT.

Fabrikanten en gemeenschappen noemen een breed scala aan populaire opties: Deos (DDC-I), embOS (SEGGER), FreeRTOS (Amazon), INTEGRITY (Green Hills), Keil RTX (Arm), LynxOS/LynxOS-178 (Lynx), MQX (NXP), Nucleus (Mentor/Siemens), Neutrino/QNX (BlackBerry), PikeOS (SYSGO), SAFERTOS (WITTENSTEIN), ThreadX (Microsoft/Eclipse), µC/OS (Micrium/Silicon Labs), VxWorks (Wind River) en Zephyr (Linux Foundation), onder andere.

Wees voorzichtig met Linux in een harde realtime-context: voor de functionele beveiligingslaag, Het gebruikelijke is een RTOS of beveiligingspartitieen Linux voor rijke parallelle functionaliteit via een hypervisor. Deze hybride architectuur wordt gebruikt in de industriële, automobiel- en defensie-industrie.

Soorten RTOS en wanneer ze te gebruiken

In harde real-time systemen wordt het missen van een deadline beschouwd als een systeemfalen: avionica, ABS-remmen, robots industrieelVastberadenheid en certificering zijn hierbij essentieel, en RTOS'en zoals Deos, INTEGRITY, VxWorks, QNX of LynxOS-178 komen hierbij veel voor.

Bij zachte real-time zorgen kleine vertragingen voor een lagere kwaliteit, maar niet voor een lagere veiligheid: streaming, routing, infotainmentEr is ruimte voor lichtgewicht kernels of algemene besturingssystemen met extensies.

In de praktijk is de deadline wel belangrijk, maar het missen ervan is niet rampzalig: installatieautomatisering, multimediaDe keuze hangt af van voorspelbaarheid, kosten en onderhoudbaarheid.

Belangrijkste componenten en hoe een RTOS werkt

Een RTOS biedt een deterministische scheduler (RMS, EDF, vaste prioriteiten) met beperkte latenties en interrupt-afhandeling Zeer efficiënt. Het doel is om het slechtste scenario te garanderen, niet alleen gemiddelden.

Synchronisatie maakt gebruik van semaforen, mutexen en wachtrijen; communicatie tussen taken maakt gebruik van berichtenwachtrijen en gebeurtenissen; geheugenbeheer minimaliseert fragmentatie en jitter om voorspelbare timing te behouden.

Bovendien wordt de hardwarebasis geabstraheerd met HAL's of draagbare API's; op moderne platforms zie je Gedeeltelijke of volledige POSIX, en kaders van Boot veilig, crypto en OTA-updates geïntegreerd.

FreeRTOS vs VxWorks vs QNX vs Zephyr, head-to-head

freeRTOS Het is een minimalistische, modulaire en sterk geporteerde kernel. Sinds 2017 wordt het ondersteund door Amazon, is het geïntegreerd met AWS (bijv. Greengrass) en heeft het een enorme community.

• Het beste: minimale overhead, geweldige ondersteuning in MCU SDK's (ESP-IDF integreert SMP-varianten van Espressif en Amazon) en de vrijheid om "alleen te implementeren wat u nodig hebt". In ESP32-projecten profiteert u van SMP, gedeeltelijke POSIX-primitieven en platformonafhankelijke C/C++-bibliotheekondersteuning.
• Het minst ideaal: het mist een uniforme ‘standaardstack’ voor alles (drivers, bestandssystemen, connectiviteit) en Integraties zijn afhankelijk van de leverancierOnvoldoende als u kant-en-klare beveiligingscertificeringen nodig hebt.

VxWorks Het staat voor industriële RTOS met tientallen jaren ervaring. Het onderscheidt zich door geavanceerde debugtools, professionele ondersteuning en certificeringsoptiesHet is beschikbaar in de lucht- en ruimtevaart, defensie, medische en industriële sectoren en ondersteunt meerdere architecturen (ARM, x86, POWER, RISC‑V) en SMP/AMP/mixed‑mode modellen.

• Voordelen: Zeer gepolijste RT-prestaties, volwassen ecosysteem en duidelijke route naar certificeringNadelen: Commerciële licentie met royalty's per eenheid en minder flexibiliteit voor de gebruiker om de kern aan te passen.

QNX (Neutrino) Het is gebaseerd op een zeer robuuste en betrouwbare POSIX-microkernel, die een gevestigde waarde is in de automobiel- en industriële besturingsindustrie. Het is een schoolvoorbeeld van een microkernel: diensten in de gebruikersruimte, isolatie en fouttolerantie.

• Voordelen: Voorspelbaarheid, stabiliteit en certificeringen; Nadelen: gesloten en betaald, en minder hackbaar dan een open RTOS. Het is een maatstaf voor motoren en infotainmentsystemen, met een solide reputatie in de automobielindustrie.

Zephyr, gehost door de Linux Foundation, is niet zomaar een kernel: het is een compleet ecosysteem met Devicetree, Kconfig, drivers, BLE/Wi-Fi, shell, logging, MCUBoot en moderne gereedschappen (west voor multi-repo en twister voor tests).

• Voordelen: Gestandaardiseerde API's, geïntegreerde beveiliging en echte cross-MCU-portabiliteitNadelen: steile leercurve (Devicetree/Kconfig), tooling Python en een "Zephyr-manier" van werken die discipline vereist. Deze aanpak blinkt uit wanneer het project serieuze connectiviteit, testen en CI/CD vereist.

Commerciële en open source RTOS die u niet mag missen

• ThreadX / Azure RTOS / Eclipse ThreadX: kleinere footprint, geïmplementeerd op miljarden apparaten en met geavanceerde planning (preëmptiedrempel), gebeurtenisketening en tracering. Na de Azure-fase, evolueert in Eclipse, wat de weg zou kunnen vrijmaken voor een transparanter OSS-model.
• VEILIGE RTOS (WITTENSTEIN): ontworpen voor functionele veiligheid met IEC 61508 SIL3 en ISO 26262 ASIL D pre-certificeringHet deelt een functioneel model met FreeRTOS en biedt een ondersteund migratiepad.
• reliëf (SEGGER): veteraan, zeer geoptimaliseerd en met royaltyvrije commerciëleHet is met name geschikt voor de automobiel- en industriële sector; het biedt geen onderbrekingslatentie, minimaal geheugengebruik en ondersteunt 8/16/32-bitsversies.
• Keil RTX (Arm): vrij en royaltyvrij voor Cortex-M, met flexibele planning (round-robin, preëmptief, coöperatief) en goede debug-integratie in MDK-ARM; het is geen kernstrategische focus voor Arm in de toekomst.
• MQX (NXP): solide basis, maar verbonden aan een siliciumfabrikant, zorgen over lock-in bij sommige OEM's. In NXP-omgevingen kan het erg praktisch zijn.
• Kern (Mentor/Siemens): Jaren geleden was het “de RTOS” onder model royaltyvrij met broncode; tegenwoordig is de aanwezigheid ervan kleiner geworden, omdat Mentor is overgestapt op andere softwarelijnen.
• LynxOS en LynxOS‑178 (Lynx Software Technologies): native POSIX, harde real-time en met DO‑178B/C DAL A-certificeringLynxOS‑178 beschikt over een FAA RSC, een zeldzame COTS-certificering voor certificeerbare herbruikbaarheid.
• PikeOS (SYSGO): Partitionering en hypervisorfocus; zeer certificeringsgericht gemengde systemen waar RTOS en Linux/andere gasten naast elkaar bestaan.
• deodorants (DDC‑I): Lucht- en ruimtevaartdoelwit met DO‑178; model met royalty's per eenheid en een zeer specifieke A&D-focus.
• µC/OS / Micrium OS (Silicon Labs): Historisch gezien veel gebruikt in medische en industriële toepassingen; vandaag de dag is de beschikbaarheid en adres buiten het Silabs-universum twijfels veroorzaken bij sommige teams.
• TI‑RTOS (Texas Instruments): Versnelt de ontwikkeling op TI MCU's met RTOS-kernel + middleware en drivers; vergemakkelijkt energie-efficiëntie en een snelle uitstap naar het IT-ecosysteem.
• Contiki-NG: IoT-stack met de nadruk op netwerken; promoot Docker en reproduceerbare omgevingen, ideaal voor connectiviteitsgerichte projecten en experimenteren.
• RIOT: GNU Make, standaard toolchains en veel documentatie; goed OSS-alternatief wanneer je iets nodig hebt tussen een kale machine en een volledige Zephyr.
• NuttX: zeer capabel en POSIX-achtig, maar het is met behulp van Kconfig en milieuvereisten kunnen bepaalde integraties en stromen in de productieketen compliceren. Windows.
• ChibiOS/RT: licht en snel; in sommige stromingen lijkt het wedden op specifieke IDE's/tools, wat een conflict kan veroorzaken met reeds bestaande pijpleidingen.
• DuinOS: multithreading voor compatibele borden Arduino gebaseerd op FreeRTOS; nuttig in het onderwijs of bij het zoeken naar prototypes evolueren van Arduino op weg naar echte RTOS.

Ontwikkelingservaring: toolchains, CI/CD en portering

De teamervaring telt net zo zwaar als de datasheets: een RTOS met een vloeiende curve en standaard gereedschap Het kan weken werk besparen. FreeRTOS compileert met bijna alles en "maakt zichzelf onzichtbaar", wat workflows met C/C++ en eenvoudige editors vergemakkelijkt.

Zephyr schittert met west, twister, Devicetree en Kconfig, ideaal voor continue leveringspraktijken en validatie op een boardfarm. In ruil daarvoor moet je hun manier van hardware beschrijven en functies configureren leren, en het is afhankelijk van Python.

In ESP-IDF biedt FreeRTOS goed geïntegreerde SMP-varianten, gedeeltelijke POSIX en een enorme community; als u platformonafhankelijke bibliotheken hergebruikt (bijvoorbeeld POCO), kunt u een groot deel van de code delen met desktop, waardoor de specificaties beperkt blijven tot opstarten en randapparatuur.

In reclames zit de waarde in de ondersteuning, sporen en probleemdiagnose Op een laag niveau. Wanneer deadlines en het voldoen aan normen geen ruimte laten voor verrassingen, is het cruciaal om een ​​leverancier achter je te hebben.

Certificeringen, beveiliging en gemengde architectuur

Als u zich richt op medische, automobiel- of luchtvaartgerelateerde toepassingen, neem dan vanaf het begin het volgende door: certificeringsbewijs Beschikbaar: DO‑178C (avionica), IEC 61508 (industrie), ISO 26262 (automotive). Producten zoals LynxOS‑178, VxWorks, INTEGRITY, Deos of SAFE RTOS hebben al bestaande paden.

Op het gebied van beveiliging integreert Zephyr MCUBoot, mbedTLS en PSA Cryptoen hanteert goede configuratiepraktijken; FreeRTOS biedt AWS-ready pakketten en veilige opstartopties, afhankelijk van de leverancier.

Om Linux en RTOS te combineren, is de natuurlijke manier een hypervisor/partitionering (bijv. PikeOS, LYNX MOSA.ic). Dus reserveer het kritieke deel naar een RTOS en laat de gebruikersinterface, connectiviteit en uitgebreide functies over aan Linux.

Royalty's, licenties en totale kosten

Onder de populaire opties zijn ze meestal voorzien van: royalty's per eenheid: VxWorks, QNX/Neutrino, INTEGRITY, PikeOS, LynxOS, Deos. Royaltyvrij: FreeRTOS (MIT), Zephyr (Apache), embOS (royaltyvrij bedrijfsmodel), Keil RTX, MQX, Nucleus, µC/OS, SAFE RTOS en ThreadX in hun verschillende versies.

De totale kosten zijn niet alleen de licentiekosten: ze omvatten integratietijd, validatie, ondersteuning en risicoBetalen voor ondersteuning kan goedkoop zijn als het u wekenlange onzekerheid over certificering of een ongrijpbare bug bespaart.

Hoe te beslissen: platform, vereisten en apparatuur

Als uw hardware Cortex-A/x86 is en u complexe drivers nodig hebt, bent u wellicht beter af met een volledig besturingssysteem of een Commerciële RTOS met POSIX en ondersteuning. Als het een MCU met geheugenbeperkingen betreft, zijn FreeRTOS of EmbOS de beste keuzes.

Als uw project BLE, Wi-Fi, FS, shell, geautomatiseerd testen en reproduceerbare builds vereist, vermindert Zephyr de integratieproblemen dankzij Consistente API's en toolsAls u gereguleerd bent, controleer dan eerst het certificeringspad voordat u de eerste regel code typt.

Op basis van teamcultuur: als iedereen vloeiend is in CMake/GNU Make en Python-afhankelijkheden vermijdt, is een “onzichtbare” kernel zoals FreeRTOS een betere keuze; als je team in CI / CD en DevOps, Zephyr zal je op de middellange termijn gelukkig maken.

Houd rekening met de ‘lock-in’ van silicium en gereedschappen: een RTOS die gebonden is aan een fabrikant of een gesloten suite Kan toekomstige migraties compliceren. Streef in eerste instantie, waar mogelijk, naar standaard HAL's en API's.

Gebruiksscenario's per branche

• Automobiel: motorregeling, ADAS en infotainment worden meestal gedeeld tussen Gecertificeerd RTOS en POSIX-microkernel; QNX en VxWorks domineren, SAFE RTOS/INTEGRITY verschijnen in beveiligingsketens en Linux bestaat naast elkaar in infotainment.
• Industrieel: CNC's, robots, PLC's en gateways combineren deterministische RTOS met Linux voor connectiviteitDit omvat VxWorks, INTEGRITY, LynxOS‑178, PikeOS en OSS-opties zoals FreeRTOS/Zephyr, afhankelijk van risico en kosten.
• Arts: Infuuspompen, monitoren en implanteerbare apparaten vereisen traceerbaarheid en bewijsSAFE RTOS, VxWorks, QNX, INTEGRITY en µC/OS hebben veel populariteit.
• IoT en consumptie: wearables, sensoren en slimme huizen geven vaak prioriteit aan voetafdruk, connectiviteit en kosten: FreeRTOS en Zephyr komen veel voor, ThreadX is in veel commerciële batterijen aanwezig.

Community-notities en geleerde lessen

In technische gemeenschappen zijn er sterke meningen: er wordt gezegd dat FreeRTOS “lijkt goed” als je geen reclames hebt gespeelden anderen reageren met de echte flexibiliteit op het gebied van MCU en leveranciersondersteuning (ESP‑IDF is daar een goed voorbeeld van).

Op ThreadX maakt de overgang naar Eclipse de weg vrij voor meer transparantie, hoewel sommige teams verspreide documentatie in de Azure-fase melden. De sleutel: evalueer de huidige status van de repository en de bijbehorende voorbeelden voor je MCU.

Bij Zephyr is de terugkerende kritiek dat leercurve (Devicetree, Kconfig), maar de beloning is op de lange termijn een beter onderhoudbaar project en minder zelfgemaakte “lijm.”

En in FreeRTOS is de filosofie van “doe er alleen in wat je nodig hebt" voorkomt overbelasting van het binaire bestand en biedt u de mogelijkheid om de scheduler, heap en drivers zonder gedoe aan te passen.

Vasthouden aan slechts één recept zou zelfbedrog zijn: Elk RTOS schittert in een bepaalde contextAls u certificering en ondersteuning nodig hebt, is een salesmedewerker de beste optie; als u op zoek bent naar een minimale footprint of een gestandaardiseerd OSS-ecosysteem, zijn FreeRTOS of Zephyr solide keuzes. Voor teams die waarde hechten aan CI/CD en draagbaarheid, biedt Zephyr een zeer solide alles-in-één oplossing; voor degenen die prioriteit geven aan gedetailleerde controle en minimale frictie, laat FreeRTOS de weg vrij.

Gerelateerd artikel:

Vaste release versus rollende release versus ontwikkelingsbranch, nachtelijke builds en continue levering: verschillen en vergelijking van strategieën

Isaac

Gepassioneerd schrijver over de wereld van bytes en technologie in het algemeen. Ik deel mijn kennis graag door te schrijven, en dat is wat ik in deze blog ga doen: je de meest interessante dingen laten zien over gadgets, software, hardware, technologische trends en meer. Mijn doel is om u te helpen op een eenvoudige en onderhoudende manier door de digitale wereld te navigeren.