在這個現代時代，我們看到了許多需要操作系統的軟件和硬件解決方案。操作系統幫助這些設備平穩運行并處理大量不同的任務。但是，作為電子愛好者，您很可能需要更深入地了解您的項目需要哪種類型的操作系統。謝天謝地，我們有你需要的東西。在本文中，您將找到有關 RTOS 與 GPOS、它們的比較以及各種類型的應用程序的所有信息。此外，如果您只是想了解更多有關這些操作系統的信息，那么您來對地方了。

準備好？讓我們開始。

通用操作系統 (GPOS)

GPOS 是一種操作系統，可以管理大量進程并在單位時間內完成一次執行——我們喜歡稱之為吞吐量。有時，通用操作系統會延遲一個高優先級線程的執行，以執行五個或六個低優先級進程。 

電腦工作站

來源：Pixabay

因此，為了實現必要的高吞吐量，它將為五個低優先級任務提供服務，而不是執行一個高優先級進程。換句話說，如果多個低優先級任務排隊等待執行，GPOS 將允許這些任務先運行，以保持其高吞吐量。

現在，大多數通用操作系統使用公平策略將進程和線程傳送到 CPU。 

此外，此策略允許 GPOS 提供桌面和服務器應用程序高效工作所需的整體高輸出。 

但是，它不能保證高優先級任務或時間關鍵線程會在低優先級線程之前執行。因此，通用操作系統更適合同時執行多項任務的設備。

個人電腦（PC）

來源：Pixabay

實時操作系統 (RTOS)

另一方面，RTOS 的設計能夠以高精度處理對時間要求嚴格的應用程序。對于屬于此類別的操作系統，它執行的每個關鍵操作都必須有一個最長的時間段。換句話說，它是一個有時限的系統。

實時操作系統相當復雜。不過別擔心，我們會為你分解。RTOS 具有三個基本功能，即調度程序、RTOS 服務、同步和消息傳遞。

調度器

調度器具有三種狀態：第一個是準備運行狀態，適用于可以在必要時切換到運行狀態的就緒任務。其次是運行狀態，適用于任務執行時的狀態。最后，阻塞狀態是任務無法運行并被發送到阻塞狀態。

此外，還有三種類型的調度技術，它們是：

搶占式任務調度方法/基于優先級的調度

搶占式調度技術涉及依賴于優先級的時間分配。在這里，您可以為每個任務分配一個唯一的優先級。 

合作調度

在這里，您可以為每個任務分配一個固定的插槽。但是，如果任務沒有完成執行，它將丟失生成的數據并等待下一輪。

最后，內核負責創建任務、更改任務的優先級、更改任務的狀態以及刪除任務。

實時操作系統服務

每個操作系統的核心都是內核。內核負責管理和分配操作系統的資源。然而，任務并不總是能引起 CPU 的注意，因此內核必須提供其他服務，如時間服務、輸入輸出服務、中斷處理服務、內存管理服務和設備管理服務。

內核圖

來源：維基共享資源

消息傳遞和同步

消息傳遞功能為 RTOS 在任務之間與其他系統通信提供了一種方式。消息傳遞服務包括郵箱、管道、消息隊列、事件標志和信號量。 

郵箱、消息隊列和管道可以在任務之間發送消息，而事件標志可以同步所有任務間活動。此外，信號量可以同步對共享資源的訪問。

RTOS（實時操作系統）與 GPOS（通用操作系統）

RTOS 和 GPOS 之間的基本區別在于應用程序的性質（是否對時間要求嚴格或單一或多用途）。時間關鍵型系統的一個很好的例子是自動柜員機。按下確認按鈕后，一個人會等待 4 或 5 秒才能從 ATM 取錢。沒有人愿意在按下確認按鈕后等待五分鐘。

自動柜員機

另一方面，PC 有多種用途，使其成為一個對時間不敏感的系統。您可以使用 PC 同時運行各種應用程序。此外，沒有特別的時間在 PC 甚至智能手機上做任何事情。例如，在某些情況下，保存文檔可能需要幾秒鐘或幾分鐘。但是，這取決于正在運行的進程和任務的數量。

手機 

因此，通用操作系統適用于非時間關鍵的應用程序和系統，如 Linux、Windows 等。

Linux系統

雖然實時操作系統適用于需要快速和可預測響應的時間關鍵型應用程序，例如UCOS、VxWorks等。

以下是進一步解釋兩種操作系統之間差異的類別：

任務調度

在任務調度類別中，GPOS 不關注優先級。它以提供高吞吐量的方式處理調度。而在 RTOS 的情況下，調度總是側重于優先級。與 GPOS 不同，所有高優先級進程都在任何低優先級任務之前執行。

視窗

延遲問題

這是困擾 GPOS 的一個主要問題。大多數 GPOS 具有無限的調度延遲——這意味著要調度的線程越多，延遲加起來就越多。RTOS 不存在所有線程和進程都有有限延遲（線程將在設定的時間限制內執行）的問題。

經濟和硬件因素

RTOS 適用于自動售貨機或 ATM 等獨立和低端系統。此外，與 GPOS 相比，RTOS 體積小、重量輕。此外，GPOS 適用于一般用途和高端設備，如工作站或個人計算機。

高端設備

來源：維基共享資源

搶占式內核

首先涉及高優先級進程執行時的一個主要問題是可搶占內核。因此，如果內核不可搶占，那么來自該內核的請求將立即覆蓋所有其他正在運行的進程。雖然 RTOS 的內核是可搶占的，但 GPOS 的內核不是。 

換句話說，GPOS 中的高優先級進程執行不能搶占內核調用，而 RTOS 中的高優先級進程總是會在必要時搶占低優先級任務，并將內核調用之外的任務視為外部任務過程。

RTOS 與 GPOS—— 評估和選擇用于嵌入式產品開發的 RTOS

在評估滿足嵌入式系統所有要求的嵌入式 RTOS 之前，請確保您檢查預期的 RTOS 支持一些重要功能。 

為了讓您更輕松，以下是這些關鍵功能的概述：

RTOS vs GPOS—— 調度器

操作系統的調度程序負責決定操作系統應該在什么時間執行每個任務。調度程序可以根據可用資源和優先級暫停和恢復任何任務。因此，嵌入式 RTOS 必須具有內置調度程序。它將允許 RTOS 執行任務的實時執行。

軟件定時器

顧名思義，軟件定時器可以在指定的時間窗口內執行功能。為您的 RTOS 手動創建軟件計時器并不容易或不可取，因此請確保您選擇具有內置軟件計時器的 RTOS。

RTOS vs GPOS—— 排隊機制

隊列允許任務交換信息。具有內置排隊機制的 RTOS 將支持任務之間的消息交換。

? xecution跟蹤工具 

使用跟蹤工具，您可以輕松觀察實時系統的實時行為。因此，您的開發團隊可以跟蹤和檢測任何錯誤和任務的執行。

RTOS 與 GPOS——低內存占用

由于您需要將 RTOS 集成到 MCU 平臺中，因此預期的 RTOS 應該具有較低的內存占用。這意味著總大小不應超過 MCU 總大小的 10%。

實時操作系統架構

來源：維基共享資源

包起來

簡而言之，RTOS 和 GPOS 在為它們設計的應用程序中運行良好。盡管 RTOP 的吞吐量可能低于 GPOS，但這并不意味著其吞吐量低。 

GPOS 處理大量繁重的進程，而 RTOP 處理的任務較少，吞吐量相對于系統負載而言。

然而，RTOS 的主要關注點是提供更可預測的執行模式和及時的執行——而不是高吞吐量。不過，GPOS 的情況正好相反。好吧，這總結了有關 GPOS 與 RTOS 的所有內容。如果您有任何意見或問題，請隨時與我們聯系。我們很樂意提供幫助。