FreeRTOS proti VxWorks proti QNX proti Zephyr: primerjava za izbiro RTOS

Izbira operacijskega sistema za realni čas ni trivialna: RTOS določa zmogljivost, zanesljivost in stroški celotnega vgrajenega projekta. Med FreeRTOS, VxWorks, QNX in Zephyr obstajajo zelo različne filozofije, licence in ekosistemi, ki jih je vredno poznati od znotraj navzven.

V zadnjih letih se je razprava na forumih in v skupnostih razvnela: od tistih, ki zagovarjajo, da je FreeRTOS zadosten, do tistih, ki trdijo, da Komercialni RTOS-i so pomembni, če obstajajo certifikati in podpora. na kocki. Tukaj zberemo in primerjamo vse te informacije, da se lahko odločite brez divjega ugibanja.

Kaj primerjamo in zakaj je to pomembno

Poleg specifičnih meril je vredno primerjati tudi arhitektura jedra, licence, certifikati, ekosistem in razvojne izkušnjeNosljiva naprava z BLE ni enaka letalskemu sistemu DAL A ali krmilniku motorja z zahtevami ISO 26262.

Trg je zelo živ: FreeRTOS je zdaj pod okriljem Amazona, ThreadX se razvija kot ... Eclipse ThreadX, odprte pobude, kot je Zephyr, ki jih podpira Linux Fundacija in tradicionalni vodilni ponudniki, kot sta VxWorks ali QNX, z desetletji kritičnih uvedb.

Poleg tega obstajajo nianse, ki spreminjajo igro: nekateri RTOS Zaračunavajo avtorske honorarje na enoto, drugi so MIT/Apache; nekateri se zanašajo na mikrojedro s POSIX-om, drugi pa na minimalno jedro in modularne razširitve.

Trenutna panorama RTOS-a

Raziskava trga (študija vgrajenih trgov AspenCore, raziskava VDC) in tehnični oglasi se strinjajo: FreeRTOS je najpogosteje uporabljen RTOS. po obsegu glede na pokritost MCU, medtem ko VxWorks in QNX vodita v reguliranih sektorjih. Zephyr raste kot »ekosistemska platforma« za internet stvari.

Proizvajalci in skupnosti navajajo široko paleto priljubljene možnostiMed drugim 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) in Zephyr (Linux Foundation).

Bodite previdni pri Linuxu v kontekstu trdega realnega časa: za funkcionalno varnostno plast, Običajna stvar je RTOS ali varnostna particija, in Linux za bogato vzporedno funkcionalnost prek hipervizorja; ta hibridna arhitektura se uporablja v industrijski, avtomobilski in obrambni industriji.

Vrste RTOS-ov in kdaj jih uporabiti

V sistemih s trdim realnim časom je zamuda roka sistemska napaka: avionika, ABS zavore, roboti industrijskiOdločnost in certifikati so tukaj ključni, pogosti pa so RTOS-i, kot so Deos, INTEGRITY, VxWorks, QNX ali LynxOS-178.

V mehkem realnem času majhne zamude poslabšajo kakovost, ne pa varnosti: pretakanje, usmerjanje, informacije in zabavoObstaja možnost za lahka jedra ali splošne operacijske sisteme z razširitvami.

V realnem času je rok pomemben, vendar njegova zamuda ni katastrofalna: avtomatizacija obratov, multimedijaIzbira se vrti okoli predvidljivosti, stroškov in vzdrževanja.

Ključne komponente in delovanje RTOS-a

RTOS ponuja deterministični razporejevalnik (RMS, EDF, fiksne prioritete) z omejene latence in obvladovanje prekinitev Zelo učinkovito. Cilj je zagotoviti najslabši možni primer, ne le povprečij.

Sinhronizacija uporablja semaforje, mutekse in čakalne vrste; komunikacija med nalogami uporablja čakalne vrste sporočil in dogodkiUpravljanje pomnilnika zmanjšuje fragmentacijo in tresenje, da se ohrani predvidljiv čas.

Poleg tega je strojna osnova abstrahirana s HAL-i ali prenosnimi API-ji; na sodobnih platformah boste videli Delni ali popolni POSIXin okviri škorenj varno, kripto in Posodobitve OTA integrirano.

FreeRTOS proti VxWorks proti QNX proti Zephyr, ena na ena

FreeRTOS Gre za minimalistično, modularno in visoko razvito jedro. Od leta 2017 ga podpira Amazon, ima integracijo z AWS (npr. Greengrass) in ogromno skupnost.

• Najboljše: minimalni režijski stroški, odlična podpora v MCU SDK-jih (ESP-IDF integrira različice SMP iz Espressifa in Amazona) in svobodo, da "vstavite le tisto, kar potrebujete". V projektih ESP32 imate koristi od SMP, delnih primitivov POSIX in podpore za knjižnice C/C++ za več platform.
• Najmanj idealno: manjka mu enoten "standardni sklad" za vse (gonilnike, datotečne sisteme, povezljivost) in Integracije so odvisne od prodajalcaNezadostno, če potrebujete vnaprej pripravljene varnostne certifikate.

VxWorks Je sinonim za industrijski RTOS z desetletji delovanja. Izstopa po naprednih orodjih za odpravljanje napak, profesionalni podpori in možnosti certificiranjaPrisoten je v vesoljskem, obrambnem, medicinskem in industrijskem sektorju ter podpira več arhitektur (ARM, x86, POWER, RISC‑V) in modele SMP/AMP/mešanega načina.

• Prednosti: Zelo dodelana RT zmogljivost, zrel ekosistem in jasna pot do certificiranjaSlabosti: Komercialna licenca z avtorskimi honorarji na enoto in manjša uporabniška fleksibilnost pri spreminjanju jedra.

QNX (Nevtrino) Zanaša se na zelo robustno in zanesljivo mikrojedro POSIX, ki je dobro uveljavljeno v avtomobilski in industrijski krmilni industriji. Gre za učbeniško mikrojedro: storitve v uporabniškem prostoru, izolacija in toleranca napak.

• Prednosti: Predvidljivost, stabilnost in certifikati; Slabosti: zaprto in plačanoin manj dovzeten za vdor kot odprt RTOS. Je merilo v motorjih in infozabavnih sistemih z dobrimi rezultati v avtomobilski industriji.

Zephyr, ki ga gosti Linux Foundation, ni le jedro: gre za celovit ekosistem z Devicetree, Kconfig, gonilniki, BLE/Wi-Fi, lupino, beleženjem, MCUBoot in sodobno orodje (zahod za več repozitorij in twister za teste).

• Prednosti: Standardizirani API-ji, integrirana varnost in prava prenosljivost med mikrokontrolerjiSlabosti: Strma krivulja učenja (Devicetree/Kconfig), orodja Python in »Zephyrjev način« dela, ki zahteva disciplino. Izstopa, ko projekt zahteva resno povezljivost, testiranje in CI/CD.

Komercialni in odprtokodni RTOS, ki jih ne smete zamuditi

• ThreadX / Azure RTOS / Eclipse ThreadX: zmanjšan odtis, nameščen na milijardah naprav in z naprednim razporejanjem (prag preempcije), veriženjem dogodkov in sledenjem. Po fazi Azure, se razvija v Eclipseu, kar bi lahko utrlo pot preglednejšemu modelu odprtokodnega sistema (OVS).
• VAREN RTOS (WITTENSTEIN): zasnovano za funkcionalno varnost z Predhodno certificiranje IEC 61508 SIL3 in ISO 26262 ASIL DDeli si funkcionalni model s FreeRTOS in ponuja podprto pot migracije.
• reliefni (SEGGER): veteran, visoko optimiziran in z brezplačna komercialnaŠe posebej je primeren za avtomobilski in industrijski sektor; ponuja ničelno zakasnitev prekinitev, minimalno porabo pomnilnika in podpira 8/16/32-bitne različice.
• Keil RTX (Roka): prosta in brezplačno za Cortex-M, s prilagodljivim razporejanjem (krožno, preventivno, kooperativno) in dobro integracijo odpravljanja napak v MDK-ARM; to ni osrednji strateški poudarek za Arm v prihodnje.
• MQX (NXP): trdna osnova, vendar vezana na proizvajalca silicija, skrbi zaradi zaprtja pri nekaterih proizvajalcih originalne opreme. V okoljih NXP je to lahko zelo praktično.
• Jedro (Mentor/Siemens): Pred leti je bil to "RTOS" pod modelom brezplačno z izvorno kodo; danes je njegova prisotnost manjša zaradi Mentorjevega preusmerjanja k drugim programskim linijam.
• LynxOS in LynxOS‑178 (Lynx Software Technologies): izvorni POSIX, trdi realni čas in z Certifikat DO‑178B/C DAL ALynxOS‑178 ima FAA RSC, redek avis COTS za certificirano ponovno uporabnost.
• PikeOS (SYSGO): Particioniranje in fokus hipervizorja; zelo usmerjeno v certificiranje mešani sistemi, kjer sobivata RTOS in Linux/drugi gostujoči sistemi.
• deodoranti (DDC‑I): Vesoljska/obrambna tarča z DO‑178; model z avtorski honorarji na enoto in zelo specifičen poudarek na A&D.
• µC/OS / Micrium OS (Silicon Labs): V preteklosti se je pogosto uporabljal v medicinskih in industrijskih aplikacijah; danes je na voljo in naslov zunaj vesolja Silabs vzbujajo dvome pri nekaterih ekipah.
• TI-RTOS (Texas Instruments): Pospeši razvoj na mikrokontrolerjih TI z jedrom RTOS + vmesno programsko opremo in gonilniki; olajša energetsko učinkovitost in hiter izstop v IT ekosistem.
• Contiki-NGIoT sklad s poudarkom na mreženju; spodbuja Docker in ponovljiva okolja, idealno za projekte, usmerjene v povezljivost in eksperimentiranje.
• RIOTGNU Make, standardni nabori orodij in veliko dokumentacije; dobra alternativa OSS ko potrebujete nekaj med golo kovino in polnim Zephyrjem.
• NuttX: zelo zmogljiv in POSIX-okus, vendar njegov z uporabo Kconfiga in okoljske zahteve lahko otežijo nekatere integracije in tokove v Windows.
• ChibiOS/RT: lahka in hitra; v nekaterih tokovih se zdi stavite na specifična IDE-ja/orodja, kar lahko pride do konflikta z že vzpostavljenimi cevovodi.
• DuinOSvečnitnost za združljive plošče Arduino temelji na FreeRTOS; uporaben v izobraževanju ali iskanju prototipov razviti iz Arduina proti pravemu RTOS-u.

Razvojne izkušnje: orodjarna, CI/CD in portiranje

Izkušnje ekipe štejejo prav toliko kot podatkovni listi: RTOS z gladko krivuljo in standardno orodje Prihrani lahko tedne dela. FreeRTOS se prevaja s skoraj vsem in se »naredi nevidnega«, kar olajša delovne procese s C/C++ in preprostimi urejevalniki.

Zefir sije z zahod, twister, Devicetree in Kconfig, idealno za prakse neprekinjene dostave in validacijo na plošči. V zameno pa zahteva učenje njihovega načina opisovanja strojne opreme in konfiguriranja funkcij, odvisno pa je tudi od Pythona.

V ESP-IDF ponuja FreeRTOS dobro integrirane različice SMP, delni POSIX in ogromno skupnost; če ponovno uporabite knjižnice za več platform (npr. POCO), lahko deliti dober del kode z namiznim računalnikom, pri čemer so podrobnosti omejene na zagon in periferne naprave.

V reklamah je vrednost v podpori, sledovih in diagnoza problema Na nizki ravni. Ko roki in skladnost s standardi ne puščajo prostora za presenečenja, dobavitelj, ki stoji za vami, spremeni pravila igre.

Certifikati, varnost in mešana arhitektura

Če ciljate na medicino, avtomobilsko industrijo ali letalsko elektroniko, že od začetka preglejte naslednje: dokazilo o certificiranju Na voljo: DO‑178C (letalska elektronika), IEC 61508 (industrija), ISO 26262 (avtomobilska industrija). Izdelki, kot so LynxOS‑178, VxWorks, INTEGRITY, Deos ali SAFE RTOS, so že uveljavljeni.

Na področju varnosti Zephyr integrira MCUBoot, mbedTLS in PSA Cryptoin vzdržuje dobre prakse konfiguracije; FreeRTOS ponuja pakete, pripravljene za AWS, in možnosti varnega zagona, odvisno od prodajalca.

Za združevanje Linuxa in RTOS je naravna pot hipervizor/particioniranje (npr. PikeOS, LYNX MOSA.ic). rezervirajte kritični del na RTOS in prepušča uporabniški vmesnik, povezljivost in bogate funkcije Linuxu.

Avtorske pravice, licence in skupni stroški

Med priljubljenimi možnostmi so običajno avtorski honorarji na enotoVxWorks, QNX/Neutrino, INTEGRITY, PikeOS, LynxOS, Deos. Brezplačni sistemi: FreeRTOS (MIT), Zephyr (Apache), embOS (poslovni model brez plačila avtorskih honorarjev), Keil RTX, MQX, Nucleus, µC/OS, SAFE RTOS in ThreadX v njihovih različnih različicah.

Skupni stroški niso samo licenca, temveč vključujejo čas integracije, validacija, podpora in tveganjePlačilo podpore je lahko poceni, če vam prihrani tedne negotovosti glede certificiranja ali neizbežne napake.

Kako se odločiti: platforma, zahteve in oprema

Če je vaša strojna oprema Cortex-A/x86 in potrebujete kompleksne gonilnike, je morda bolje, da imate poln operacijski sistem ali Komercialni RTOS s POSIX-om in podpora. Če gre za mikrokontroler z omejenim pomnilnikom, sta FreeRTOS ali embOS lahka izbira.

Če vaš projekt zahteva BLE, Wi-Fi, FS, lupino, avtomatizirano testiranje in ponovljivo gradnjo, Zephyr zmanjša težave pri integraciji zaradi ... Dosledni API-ji in orodjaČe se boste odločili za regulirano poslovanje, preden vnesete prvo vrstico kode, preverite pot certificiranja.

Glede na ekipno kulturo: če vsi tekoče obvladajo CMake/GNU Make in se izogibajo odvisnostim od Pythona, je "nevidno" jedro, kot je FreeRTOS, boljša izbira; če vaša ekipa živi v CI / CD in DevOps, Zephyr vas bo srednjeročno osrečil.

Upoštevajte »vezanost« silicija in orodij: RTOS, vezan na proizvajalca ali zaprti apartma lahko zaplete prihodnje migracije. Sprva, kadar koli je to mogoče, ciljajte na standardne HAL-e in API-je.

Primeri uporabe po panogah

• Avtomobilizem: krmiljenje motorja, ADAS in infotainment si običajno delita Certificiran RTOS in mikrojedro POSIX; prevladujeta QNX in VxWorks, SAFE RTOS/INTEGRITY se pojavlja v varnostnih verigah, Linux pa sobiva v infotainmentu.
• Industrijski: CNC-ji, roboti, PLC-ji in prehodi združujejo deterministične RTOS-je z Linux za povezljivostTo vključuje VxWorks, INTEGRITY, LynxOS‑178, PikeOS in možnosti odprtokodnega sistema (OSS), kot je FreeRTOS/Zephyr, odvisno od tveganja in stroškov.
• Zdravnik: Infuzijske črpalke, monitorji in vsadljive naprave zahtevajo sledljivost in dokaziSAFE RTOS, VxWorks, QNX, INTEGRITY in µC/OS imajo veliko podporo.
• Internet stvari in poraba: nosljive naprave, senzorji in pametni domovi pogosto dajejo prednost odtisu, povezljivosti in stroškom: FreeRTOS in Zephyr so pogosti, ThreadX pa je prisoten v številnih komercialnih baterijah.

Opombe skupnosti in pridobljene izkušnje

V tehničnih skupnostih obstajajo močna mnenja: pravijo, da FreeRTOS "se zdi dober", če še niste predvajali reklam, drugi pa nasprotujejo njegovi resnični prilagodljivosti pri podpori mikrokontrolerjev in prodajalcev (ESP-IDF je odličen primer).

Na ThreadX prehod na Eclipse utira pot večja preglednost, čeprav nekatere ekipe poročajo o razpršeni dokumentaciji v fazi Azure. Ključ: ocenite trenutno stanje repozitorija in njegove primere za vaš MCU.

Pri Zephyrju se ponavljajoča kritika nanaša na to, da krivulja učenja (Devicetree, Kconfig), vendar je nagrada dolgoročno bolj vzdržen projekt in manj domačega "lepila".

In v FreeRTOS-u je filozofija "daj samo tisto, kar potrebuješ"se izogne ​​preobremenitvi binarne datoteke in vam omogoča, da brez težav prilagodite razporejevalnik, kopico in gonilnike.

Držati se samo enega recepta bi bilo samoprevara: Vsak RTOS sije v svojem kontekstuČe potrebujete certifikat in podporo, je prodajni zastopnik najboljša možnost; če iščete minimalen odtis ali standardiziran ekosistem odprtokodnega programskega okolja (OSS), sta FreeRTOS ali Zephyr solidni izbiri. Za ekipe, ki cenijo CI/CD in prenosljivost, Zephyr ponuja zelo solidno večnamensko rešitev; za tiste, ki dajejo prednost natančnemu nadzoru in minimalnemu trenju, FreeRTOS pušča pot prosto.

Povezani članek:

Fiksna izdaja v primerjavi s tekočo izdajo v primerjavi z razvojno vejo, nočne gradnje in neprekinjena dostava: razlike in primerjava strategij

Isaac

Strasten pisec o svetu bajtov in tehnologije nasploh. Rad delim svoje znanje s pisanjem in to je tisto, kar bom počel v tem blogu, saj vam bom pokazal vse najbolj zanimive stvari o pripomočkih, programski opremi, strojni opremi, tehnoloških trendih in še več. Moj cilj je, da vam pomagam krmariti po digitalnem svetu na preprost in zabaven način.