开源嵌入式操作系统的革新
发表时间: 2022-05-06 14:47
RT-Thread Smart 致力于物联网和边缘计算领域的开源。
目前对 嵌入式操作系统有巨大的需求，你建立的操作系统最好是开源的。RT-Thread项目的研发团队花了两年时间，研发出了该项目的最新成果：RT-Thread Smart。这是一款微内核的操作系统，主要针对中高端的处理器，如具有内存管理单元（MMU）的 RISC-V 或 Arm Cortex-A，为嵌入式领域的所有行业提供了一个具有竞争力的、基于 POSIX 的软件平台。
谁需要 RT-Thread Smart?
RT-Thread Smart 是一款专业的、高性能的微内核操作系统，用于实时应用。它为所有市场的嵌入式设备提供了开源基础，如安全（IP 摄像头）、工业控制、车载设备、消费电子及其他嵌入式科技应用，可谓一切场景。它的意义在于：不像传统的物联网操作系统，一个微内核的操作系统可以填补传统实时操作系统 RTOS 和相对大型的操作系统如 Linux 之间的空白，实现实时性能、成本、安全、启动速度等等各方面之间的最佳平衡。
RT-Thread Smart 的架构
RT-Thread Smart 通过 MMU 和系统调用将系统分割为内核模式和用户模式，并为每种模式区分了地址空间（一个 32 位系统可以提供 4G 地址空间）。
（RT-Thread, CC BY-SA 4.0）
RT-Thread Smart 内核包括平台的基础功能，并支持定制化。RT-Thread Smart 的用户应用环境使用 musl libc来提供POSIX接口调用和 C 语言的运行时支持。它也继承了原始的 RT-Thread 生态系统，使用SCons或者其他编译工具如Autotools、Makefile、CMake等等来支持开发，以及 RT-Thread 开箱即用的在线软件包（撰写本文时超过 342 个）。你甚至可以将 Linux 应用程序（如 wget/cURL、BusyBox、OpenSSL 和 Simple DirectMedia Layer）移植到你的平台。
压缩的 RT-Thread Smart 内核仅 217 KB，搭配一个 127 KB 的根文件系统。大约 2 MB的存储占用。包括了对文件系统、网络协议栈、多媒体的完整支持。RT-Thread 只需要 3 到 5 秒完成启动，而在不运行其他功能组件时，RT-Thread Smart 需要的启动及准备时间不到 500ms。
通过其集成的 Persimmon 用户界面（UI）组件，RT-Thread Smart 从上电到运行 UI 需要大约 1 秒。换句话说，这是一个非常轻巧快速的系统。当然，“实时”不是指启动，而是指系统随着时间推进而表现出的一致性。对于 RT-Thread ，实时性能需要优先考虑，中断时延小于 1μs，满足大部分实时性要求严格的场景需求。
RT-Thread Smart 和 RT-Thread
你可能想知道 RT-Thread Smart 和 RT-Thread 之间的不同。简单来说， RT-Thread Smart 是一个基于 RT-Thread RTOS 的操作系统，但它整合了用户态的处理过程。RT-Smart 的内核部分本质上是 RT-Thread RTOS，它在虚拟地址上运行，增加了进程管理，使用进程间通信机制（IPC）、虚拟内存/地址空间管理、ELF 加载器等等，以上特性全部在 RT-Thread RTOS 内实现，当这些组件被禁用时，RT-Smart 会回归 RT-Thread RTOS。
以下是对比：
| RT-Thread | RT-Thread Smart | |
|---|---|---|
| 支持芯片 | Cortex-M/R、RISC-V RV32IMAC（以及类似）、Cortex-A MPU | Cortex-A 等具有 MMU 的 MPU |
| 编译 | 内核和应用都编译到一个镜像 | 内核和应用可以被分开编译和运行 |
| 存储 | 使用线性地址空间（即使有 MMU），使用物理地址的虚拟寻址 | 运行在内核占用超过 1GB 的 32 位操作系统，拥有完整 4G 地址空间的用户态进程彼此隔离，外设驱动程序必须通过虚拟地址访问外设 |
| 运行错误 | 当一个应用程序失败时，整个系统就会崩溃 | 当应用程序失败时，它不会影响内核和其他进程的执行 |
| 运行模式 | 多线程模型 | 多进程模型（进程内支持多线程，内核线程由内核支持） |
| 用户模型 | 单用户模型 | 单用户模型 |
| API | RT-Thread API、POSIX PSE52 | RT-Thread API（内核态和用户态），以及完整的 POSIX API |
| 实时性 | 抢占式硬实时系统 | 抢占式硬实时系统 |
| 资源使用 | 非常小 | 相对小 |
| 调试 | 通常需要模拟器调试 | 支持 GDB 调试，不需要模拟器 |
RT-Thread RTOS 非常紧凑，它的所有应用和子系统都编译到镜像中，多线程应用运行并分享相同的地址空间。
RT-Thread Smart 是独立的。系统和应用是分别编译和运行的。应用拥有完整且互相隔离的地址空间。它也继承了 RT-Thread 优秀的实时性，同时也具有 POSIX 环境的特性。
类似地，它们都与 RT-Thread API 兼容。RT-Thread RTOS 的应用可以被平滑移植到 RT-Thread Smart。
嵌入式开源
RT-Thread Smart 是一个开源项目，项目地址：GitHub。你可以下载代码和文档，尝试一下，并提交评论和反馈，将该项目传播给更多开源倡导者。嵌入式系统属于它们的用户，有太多的嵌入式开发人员没有找到太多可用的嵌入式系统。
如果你是开发人员，请帮助改进 RT-Thread Smart。随着 RT-Thread 项目的不断推进，我们希望创建物联网和边缘计算的令人激动的开源世界。
via: https://opensource.com/article/21/7/rt-thread-smart
作者：Zhu Tianlong选题：lujun9972译者：tendertime校对：wxy
本文由 LCTT原创编译，Linux中国荣誉推出
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