嵌入式系统设计中何时需要操作系统？

我已经为PIC和x86处理器编写了大量裸机代码。有人可以告诉我如何以及何时需要操作系统吗？相反，在没有操作系统的情况下也可以处理哪些应用程序或情况？

我的经验法则是，如果产品需要以下一项或多项功能，则应考虑使用操作系统：TCP / IP堆栈（或其他复杂的网络堆栈），复杂的GUI（可能带有窗口和事件之类的GUI对象） ）或文件系统。

如果您已经完成了一些裸机编码，那么您可能已经熟悉超级循环程序架构。如果产品的固件要求非常简单，可以通过可维护的超级循环来实现（并希望可以进行某种程度的扩展），则您可能不需要操作系统。

随着软件需求的增加，超级循环变得越来越复杂。当软件需求如此之多，以至于超级循环变得过于复杂或无法满足系统的实时需求时，就该考虑另一种架构了。

RTOS体系结构允许您将软件需求划分为任务。如果做得正确，这将简化每个任务的执行。通过任务优先级，RTOS可以更轻松地满足实时要求。但是，RTOS不是万能的。RTOS会增加整个系统的复杂性，并使您容易遇到新型错误（例如死锁）。作为RTOS的替代方案，您可以考虑使用基于事件的状态机体系结构（例如QP）。

如果您的产品具有网络，复杂的GUI和文件系统，那么您可能正在考虑使用功能齐全的操作系统，例如VxWorks，Windows或Linux。功能齐全的操作系统将包括用于底层细节的驱动程序，并使您可以专注于应用程序。

这实际上取决于您对“嵌入式系统”的定义。可能有人会声称，如果它不是裸机编程，那么它就不是嵌入式的（这排除了您的问题），但是我不同意这一点-我认为任何旨在执行一项功能的系统，即，仅运行一个特定的“应用程序”，可以称为嵌入式系统。

也就是说，应该很容易想象会从全面运行的OS的服务中受益的情况。例如，在我工作的地方，人们经常在运行于Windows之上的仪器设计套件之上构建测试设备。这些系统被配置为引导到测试站配置并锁定一般用法（以防止站损坏），因此可以说是嵌入式系统。

但是，仅购买现成的I / O模块，将其插入机架式PC并在GUI中修改配置可能无法被某些人视为嵌入式系统设计。对于较不常见的情况，请考虑使用带有FPGA的自定义过程控制器，您要对其进行一些精美的数据记录。您可能会嵌入软核处理器系统（具有现有的BSP）并运行实时linux，以便运行网络堆栈（用于日志记录和NTP等），并进行逻辑上的所有其他操作。

我（非常模糊）的经验法则是，如果您需要多个控制线程（例如至少一个涉及协议或状态机的设备以及其他需要执行的操作），那么某些OSish软件将使您的生活更轻松

一个老问题，但我还是要评论。

即使您没有网络堆栈或类似的组件，由于嵌入式应用程序中有足够的进程，在需要任务计划程序的时候，也可以考虑使用RTOS。编写一个简单的基于计时器的协作式多任务调度程序并不难，但是确保卡住的进程不会阻塞应用程序的其余部分，这样可能需要一段时间才能正确。您需要实施一种具有某些规定的优先级系统，以在尚未完成的过程中将其排入队列。

RTOS还为您提供了诸如内存保护之类的功能，这使跟踪C代码中的一些常见错误变得更加容易，但是简单的微控制器可能根本无法处理复杂的内存保护。例如，MSP430允许您以高级方式分离代码和数据，但是没有细粒度的内存访问控制。

操作系统实际上弥合了硬件和应用程序软件之间的差距（通过设备驱动程序）。换句话说，它为程序员提供了相对高级的平台，最终降低了代码复杂度。此外，操作系统为执行应用程序提供了强大而灵活的平台。