MCU（Microcontroller Unit）和SoC（System on a Chip）是兩種不同的嵌入式系統(tǒng)，它們通常運行不同類型的操作系統(tǒng)，具體取決于其應用場景和硬件資源。

1、MCU（Microcontroller Unit）:

類型：MCU是一種單一芯片集成了處理器核心、內存、外設和其他基本功能的微控制器。

應用場景：常用于簡單、實時性要求較高的嵌入式系統(tǒng)，例如傳感器控制、嵌入式設備等。

操作系統(tǒng)：多數(shù)情況下，MCU并不運行傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)，而是使用實時操作系統(tǒng)（RTOS）或裸機編程。RTOS可以提供實時性、輕量級的任務調度和事件處理。

2、SoC（System on a Chip）:

類型：SoC是集成了處理器核心、內存、外設以及可能的其他處理單元（如GPU、DSP等）的復雜芯片。

應用場景：通常用于更復雜、多用途的嵌入式系統(tǒng)，例如智能手機、嵌入式計算機、嵌入式系統(tǒng)-on-a-chip等。

操作系統(tǒng)：SoC可以運行更復雜的操作系統(tǒng)，包括Linux、Android、FreeRTOS等。具體選擇取決于應用需求和硬件資源。在一些資源有限的情況下，也可以選擇裸機編程或輕量級RTOS。

總的來說，MCU更傾向于在實時性要求高、資源有限的場景下使用RTOS或者裸機編程，而SoC則具有更大的靈活性，可以運行更復雜的操作系統(tǒng)，適用于多用途的嵌入式應用。選擇操作系統(tǒng)的決策通常由具體的應用需求和硬件資源決定。

01MCU是選擇跑裸機，還是跑RTOS？

選擇MCU跑裸機（Bare-Metal）還是跑RTOS（Real-Time Operating System）取決于具體的應用需求和項目要求。每種選擇都有其優(yōu)勢和適用場景。

裸機編程：

資源效率：裸機編程通常更輕量級，不需要額外的操作系統(tǒng)開銷，因此在資源有限的嵌入式系統(tǒng)中可能更為合適。

實時性：對于對實時性要求極高的應用，裸機編程可以提供更精確的控制，因為沒有額外的任務調度和中斷延遲。

簡單性：裸機編程相對簡單，沒有操作系統(tǒng)的復雜性，適合一些簡單的控制應用，如傳感器控制、定時器應用等。

RTOS：

多任務處理：如果應用需要同時處理多個任務，RTOS提供了任務調度和管理機制，簡化了多任務并發(fā)處理。

抽象層：RTOS提供了抽象層，簡化了開發(fā)者對底層硬件的操作，提高了代碼的可移植性。

易維護性：RTOS可以提高代碼的可維護性，通過任務劃分和模塊化設計，更容易理解和調試。

時間管理：對于需要精確的時間管理和處理的應用，RTOS可以提供更可靠的時間管理和調度。

選擇的考慮因素：

應用需求：確定應用的性質和需求，如果是簡單的、實時性要求高的控制任務，裸機編程可能足夠。如果需要處理多個任務或復雜的控制邏輯，RTOS可能更合適。

資源限制：考慮硬件資源的限制，如果MCU資源非常有限，裸機編程可能更為合適。如果有足夠的資源，并且希望簡化開發(fā)流程，RTOS可能是一個好的選擇。

開發(fā)經(jīng)驗：開發(fā)者對裸機編程或RTOS的經(jīng)驗也是考慮的因素。對于有經(jīng)驗的開發(fā)者，裸機編程可能更容易上手；而對于復雜的項目，RTOS提供了更高層次的抽象，可能更容易管理。

最終的選擇應該根據(jù)具體項目的需求、開發(fā)者的技能水平以及硬件資源等因素進行權衡。在一些項目中，也可以結合裸機編程和RTOS的方式，根據(jù)具體任務的需求選擇合適的策略。

很多剛畢業(yè)進入職場的同學，由于在學校一直開發(fā)裸機，所以對RTOS有一點畏懼。其實選擇FreeRTOS這樣的輕量級的RTOS，給你提供了一些“武器”，對于復雜功能的開發(fā)，開發(fā)難度其實是降低的。

02為什么大多數(shù)SoC選擇Linux作為操作系統(tǒng)

大多數(shù)SoC選擇Linux作為操作系統(tǒng)的原因有多個，其中一些關鍵因素包括：

廣泛的支持：Linux是一個開源操作系統(tǒng)，得到了全球廣泛的支持和社區(qū)參與。這使得大多數(shù)SoC供應商都能夠輕松地為其硬件提供Linux內核和相關驅動程序。

豐富的軟件生態(tài)系統(tǒng)：Linux擁有龐大而豐富的軟件生態(tài)系統(tǒng)，包括開源工具、庫、應用程序等。這使得開發(fā)者能夠更容易地訪問和利用各種現(xiàn)有的軟件資源，從而加速應用程序的開發(fā)過程。

多用戶支持：Linux是一個多用戶、多任務的操作系統(tǒng)，適用于需要支持多個用戶同時運行多個任務的嵌入式應用場景。這對于一些復雜的SoC，如智能手機、嵌入式計算機等來說是非常重要的特性。

強大的網(wǎng)絡支持：Linux內核支持豐富的網(wǎng)絡協(xié)議和功能，適用于需要網(wǎng)絡連接的嵌入式系統(tǒng)。這對于連接互聯(lián)網(wǎng)、進行遠程管理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽梅浅Ｖ匾?/p>

開放源代碼：Linux的開放源代碼模型使得SoC制造商可以根據(jù)自己的需求進行定制和優(yōu)化。這種開放性有助于適應各種硬件架構和滿足不同市場需求。

穩(wěn)定性和可靠性：Linux經(jīng)過長時間的發(fā)展和測試，已經(jīng)變得非常穩(wěn)定和可靠。這對于一些對系統(tǒng)穩(wěn)定性要求較高的應用場景是至關重要的。

社區(qū)支持和更新：Linux有龐大的社區(qū)支持，新的內核版本和補丁定期發(fā)布，這意味著SoC制造商和開發(fā)者可以獲得最新的功能、安全性和性能優(yōu)化。

綜合這些因素，Linux成為了許多SoC的首選操作系統(tǒng)，特別是在需要處理較為復雜的任務、具備豐富的軟硬件生態(tài)系統(tǒng)、要求網(wǎng)絡連接和多用戶支持的場景下。然而，也有一些資源有限或對實時性要求較高的應用場景，可能會選擇其他操作系統(tǒng)、包括安卓或者RTOS。

還有些芯片，主要針對的就是Linux系統(tǒng)的外設，不考慮MCU的外設的場景。比如一些高通的wifi芯片，只支持linux的驅動移植。所以你在沒有芯片廠家支持的前提下，是沒法把它用在非linux的情況的。

03關于RT-Linux

RT-Linux是一個基于Linux內核的實時操作系統(tǒng)（RTOS），它通過對Linux內核的修改和擴展，使其具備實時性能。RT-Linux的目標是在維持Linux的通用性和強大性的同時，提供對實時任務的支持，使得它可以在需要高實時性的應用中使用。

以下是RT-Linux的一些主要特點和介紹：

實時性：RT-Linux致力于提供可預測、可控的實時性能。通過引入實時調度器和中斷處理機制，它能夠確保任務在指定的時間內得到執(zhí)行，滿足實時系統(tǒng)的需求。

Linux內核擴展：RT-Linux是在Linux內核的基礎上進行擴展和修改而來的。它保留了Linux的通用性和豐富的功能，同時增加了實時任務調度器、硬實時中斷等實時特性。

實時調度器：RT-Linux引入了實時調度器，允許任務按照優(yōu)先級和截止時間進行調度。這有助于確保實時任務按時執(zhí)行，而不受非實時任務的干擾。

硬實時中斷：RT-Linux提供了硬實時中斷機制，以確保對于一些對時間敏感的任務，能夠以極低的延遲進行響應。

POSIX兼容性：RT-Linux保持了對POSIX標準的兼容性，這使得它與許多現(xiàn)有的實時應用程序和開發(fā)工具更加兼容。

開源：RT-Linux是開源軟件，基于GPL許可證發(fā)布。這使得開發(fā)者可以自由訪問、修改和分發(fā)源代碼。

適用范圍：RT-Linux適用于需要Linux通用性和實時性能的應用，如工控系統(tǒng)、嵌入式控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等。

RT-Linux有幾個主要的版本，其中一些較為知名的版本包括：

RTLinux/GPL：最早的RT-Linux版本，由RTLinux公司（現(xiàn)為Wind River Systems）開發(fā)。RTLinux/GPL是一個實時擴展模塊，通過將實時調度器插入Linux內核，實現(xiàn)硬實時性。

RTLinuxFree：是RT-Linux/GPL的一個開源版本，其目標是提供對Linux內核的實時擴展，以增強Linux在實時嵌入式應用中的可用性。

RTAI（Real-Time Application Interface）：RTAI是一個獨立的實時擴展，提供了對Linux內核的實時支持。RTAI與RTLinux有類似的目標，但其實現(xiàn)方式和架構略有不同。

Xenomai：Xenomai是一個實時框架，通過在Linux系統(tǒng)上運行一個實時內核（Cobalt）來提供硬實時性。Xenomai不同于RTLinux的內核插件方式，而是在用戶空間運行實時任務。

PREEMPT-RT：PREEMPT-RT不是RT-Linux的特定版本，而是一個用于向Linux內核添加搶占性的實時擴展。它通過對Linux內核進行修改，引入了更多的搶占性，以提高Linux的實時性能。

這些版本各自有不同的設計和實現(xiàn)方式，開發(fā)者在選擇時應根據(jù)項目的需求、硬件平臺和個人經(jīng)驗來確定最適合的版本。當前的實時Linux解決方案領域仍在發(fā)展，開發(fā)者可以根據(jù)項目的具體情況選擇適當?shù)慕鉀Q方案

04為什么裸機程序又被稱作前后臺

裸機系統(tǒng)通常分成輪詢系統(tǒng)和前后臺系統(tǒng)

輪詢系統(tǒng)

輪詢系統(tǒng)即是在裸機編程的時候，先初始化好相關的硬件，然后讓主程序在一個死循環(huán)里面不斷循環(huán)，順序地做各種事情，大概的偽代碼看下方代碼塊輪詢系統(tǒng)是一種非常簡單的軟件結構，通常只適用于那些只需要順序執(zhí)行代碼且不需要外部事件來驅動的就能完成的事情。在代碼清單 中，如果只是實現(xiàn) LED 翻轉，串口輸出，液晶顯示等

這些操作，那么使用輪詢系統(tǒng)將會非常完美。但是，如果加入了按鍵操作等需要檢測外部信號的事件，用來模擬緊急報警，那么整個系統(tǒng)的實時響應能力就不會那么好了。

前后臺系統(tǒng)

相比輪詢系統(tǒng)，前后臺系統(tǒng)是在輪詢系統(tǒng)的基礎上加入了中斷。外部事件的響應在中斷里面完成，事件的處理還是回到輪詢系統(tǒng)中完成，中斷在這里我們稱為前臺，main 函數(shù)里面的無限循環(huán)我們稱為后臺。

在順序執(zhí)行后臺程序的時候，如果有中斷來臨，那么中斷會打斷后臺程序的正常執(zhí)行流，轉而去執(zhí)行中斷服務程序，在中斷服務程序里面標記事件，如果事件要處理的事情很簡短，則可在中斷服務程序里面處理，如果事件要處理的事情比較多，則返回到后臺程序里面處理。雖然事件的響應和處理是分開了，但是事件的處理還是在后臺里面順序執(zhí)行的，但相比輪詢系統(tǒng)，前后臺系統(tǒng)確保了事件不會丟失，再加上中斷具有可嵌套的功能，這可以大大的提高程序的實時響應能力。在大多數(shù)的小型項目中，前后臺系統(tǒng)運用的好。

審核編輯：湯梓紅