究竟該采用初始成本較低的開源架構
，還是選擇需要支付前期費用的商業解決方案，來加速你的設計過程呢？

 

　　什麼是軟件架構

？

 

　　在本文件中，將“軟件構架”解釋為“編寫軟件的一種特定方式”。例如，Arduino提供編寫程序代碼的一種特定方式，允許軟件的片段可以跨越多個項目被重新使用。

 

　　軟件架構是由幾個不同的部分所組成，並由以下組件所定義：程序語言、應用程序編程接口（API）
，以及某些工具集的連接。例如
，像是在Arduino和Espruino的案例中，軟件架構可以被緊密地連接到工具，或是像在Micrium和FreeRTOS的案例中則是會被分離。

 

　　什麼是操作係統？

 

　　因此，該如何選擇一個軟件架構呢？首先，我們需要對一些名詞解釋的更明確一點
，我們已經開始提到操作係統（OS）這(zhe)個(ge)名(ming)詞(ci)。你(ni)真(zhen)正(zheng)需(xu)要(yao)寫(xie)的(de)是(shi)可(ke)以(yi)執(zhi)行(xing)你(ni)的(de)特(te)定(ding)要(yao)求(qiu)的(de)程(cheng)序(xu)代(dai)碼(ma)，這(zhe)些(xie)程(cheng)序(xu)代(dai)碼(ma)將(jiang)可(ke)以(yi)把(ba)你(ni)的(de)產(chan)品(pin)與(yu)其(qi)他(ta)產(chan)品(pin)區(qu)分(fen)出(chu)來(lai)。但(dan)是(shi)，你(ni)仍(reng)然(ran)需(xu)要(yao)依(yi)靠(kao)軟(ruan)件(jian)的(de)其(qi)他(ta)部(bu)分(fen)，像(xiang)是(shi)ADC的驅動程序或SD卡的文件係統棧。這些軟件的部分通常被稱為軟件構件。

 

　　在(zai)此(ci)用(yong)一(yi)個(ge)比(bi)較(jiao)實(shi)質(zhi)的(de)比(bi)喻(yu)方(fang)式(shi)，你(ni)可(ke)以(yi)想(xiang)象(xiang)你(ni)的(de)軟(ruan)件(jian)構(gou)件(jian)就(jiu)像(xiang)是(shi)磚(zhuan)塊(kuai)
，然(ran)後(hou)把(ba)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)視(shi)為(wei)水(shui)泥(ni)。在(zai)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)中(zhong)定(ding)義(yi)了(le)磚(zhuan)塊(kuai)的(de)形(xing)狀(zhuang)，以(yi)及(ji)它(ta)們(men)將(jiang)如(ru)何(he)與(yu)其(qi)他(ta)的(de)磚(zhuan)塊(kuai)互(hu)動(dong)
，因(yin)此(ci)當(dang)你(ni)添(tian)加(jia)更(geng)多(duo)構(gou)件(jian)到(dao)軟(ruan)件(jian)之(zhi)中(zhong)時(shi)
，他(ta)們(men)將(jiang)可(ke)以(yi)繼(ji)續(xu)完(wan)美(mei)地(di)協(xie)同(tong)工(gong)作(zuo)。這(zhe)聽(ting)起(qi)來(lai)相(xiang)當(dang)不(bu)錯(cuo)
，但(dan)你(ni)真(zhen)的(de)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)嗎(ma)
？增(zeng)加(jia)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)也(ye)帶(dai)來(lai)了(le)額(e)外(wai)的(de)負(fu)荷(he)，它(ta)將(jiang)會(hui)消(xiao)耗(hao)數(shu)千(qian)字(zi)節(jie)的(de)閃(shan)存(cun)，為(wei)事(shi)件(jian)的(de)響(xiang)應(ying)增(zeng)加(jia)了(le)延(yan)遲(chi)的(de)時(shi)間(jian)，並(bing)且(qie)還(hai)需(xu)要(yao)花(hua)費(fei)些(xie)許(xu)的(de)時(shi)間(jian)學(xue)習(xi)如(ru)何(he)在(zai)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)環(huan)境(jing)中(zhong)編(bian)寫(xie)程(cheng)序(xu)。

 

　　決定采用哪個軟件架構，將會決定你的想法是否可以按時間、按預算地推動，或是將你的投資放在風險之中。

 

　　一般的經驗法則是，如果你的目標閃存容量是128 KB或更高
，並且或是需要通訊功能
，便需要一些棧（USB、以太網絡、SDIO、CAN、Wi-Fi
、BLE），長期來看，你最好還是使用操作係統。

 

　　在操作係統中最重要的其中一件事情便是調度程序（scheduler）。調度程序是用在為可能會爭奪相同資源的不同任務、分配資源和處理時間的組件。在一般情況下
，調度程序有兩種作業的方式，而這正是“實時”在實時操作係統（RTOS）的(de)意(yi)義(yi)所(suo)在(zai)。實(shi)時(shi)意(yi)味(wei)著(zhe)在(zai)一(yi)個(ge)特(te)定(ding)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)
，會(hui)有(you)一(yi)個(ge)特(te)定(ding)的(de)任(ren)務(wu)將(jiang)會(hui)被(bei)執(zhi)行(xing)。假(jia)設(she)你(ni)得(de)到(dao)一(yi)個(ge)你(ni)需(xu)要(yao)處(chu)理(li)的(de)射(she)頻(pin)封(feng)包(bao)，無(wu)論(lun)你(ni)的(de)設(she)備(bei)目(mu)前(qian)正(zheng)在(zai)做(zuo)什(shen)麼(me)事(shi)，實(shi)時(shi)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)的(de)核(he)心(xin)會(hui)先(xian)離(li)開(kai)它(ta)目(mu)前(qian)所(suo)做(zuo)的(de)任(ren)務(wu)，先(xian)完(wan)成(cheng)這(zhe)一(yi)個(ge)高(gao)優(you)先(xian)等(deng)級(ji)的(de)任(ren)務(wu)。這(zhe)種(zhong)類(lei)型(xing)的(de)行(xing)為(wei)在(zai)處(chu)理(li)器(qi)的(de)利(li)用(yong)上(shang)並(bing)不(bu)是(shi)最(zui)有(you)效(xiao)率(lv)的(de)方(fang)式(shi)
，但(dan)例(li)如(ru)在(zai)馬(ma)達(da)控(kong)製(zhi)應(ying)用(yong)中(zhong)，它(ta)在(zai)通(tong)訊(xun)棧(zhan)與(yu)應(ying)用(yong)中(zhong)最(zui)需(xu)要(yao)重(zhong)視(shi)的(de)便(bian)是(shi)反(fan)應(ying)時(shi)間(jian)的(de)議(yi)題(ti)。

 

　　商用與開源解決方案的比較

 

　　舉例來說，如果你已經想通了是否需要采用實時操作係統，並開始組建軟件需求。你可能知道
，你需要一個USB棧和以太網絡棧，搭配外部MAC/PHY驅動程序來一起將設備連接到互聯網。但是，你該從哪裏開始呢？你真的隻需要為你首選的微控製器下載最新的FreeRTOS模板，並繼續下載開源軟件並放到裝置中就可以了嗎？或者你隻是需要去找有你所需軟件的商業供貨商，並獲得完整的軟件組合？

 

　　為了做出更明智的決定
，我們經常談論要給選定的解決方案一個總體擁有成本（TCO）的概念。所謂的總體擁有成本包含的不僅是你為軟件付出的貨幣價值，還包括花費在尋找解決方案、組裝不同的構件，並將不同的構件整合到你的項目，以及開發、測試和生產的工作時間。

 

　　在一般情況下
，我們看到的是商業解決方案的總體擁有成本（TCO）
，jiangbizijizujiankaifangyuanshimazujiandejiejuefanganyaolaidegengdiyixie。danjiranshishangyejiejuefanganbianshejidaochushichengben
，zhexiechangshangtongchangyaoqiuzaishiyongjiejuefangandeqianqi，qujueyunisuoxuyaodezujian，bianbixuxianzhifu1萬到10萬美元之間的費用。在另一方麵，下載FreeRTOS並開始組裝自己的解決方案，在某些擁有密集資源的應用中
，其所花費的金錢

，相對會更便宜一些。

 

　　決定你的項目的最佳解決方案，將高度依賴於它是否是最容易讓你賺到現金
，或是能夠為總體擁有成本的工時來“買單”。

 

 

　　所以，當你已經看到這裏，你的大腦中可能已經開始吶喊：“隻要給我一個可以讓我開始使用的架構就好了！”

 

　　可(ke)惜(xi)沒(mei)有(you)那(na)麼(me)快(kuai)，肯(ken)定(ding)有(you)一(yi)些(xie)方(fang)案(an)的(de)選(xuan)項(xiang)是(shi)比(bi)其(qi)他(ta)選(xuan)項(xiang)更(geng)好(hao)，微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)的(de)應(ying)用(yong)非(fei)常(chang)多(duo)樣(yang)性(xing)，肯(ken)定(ding)沒(mei)有(you)那(na)種(zhong)一(yi)個(ge)尺(chi)寸(cun)便(bian)適(shi)合(he)所(suo)有(you)需(xu)求(qiu)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)。我(wo)們(men)先(xian)來(lai)了(le)解(jie)許(xu)多(duo)最(zui)流(liu)行(xing)的(de)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)和(he)軟(ruan)件(jian)架(jia)構(gou)，並(bing)分(fen)別(bie)仔(zai)細(xi)地(di)討(tao)論(lun)（本文所提到的操作係統都具有實時能力）：

 

　　1）商用解決方案

 

　　• Micrium uC/OS-II與uC/OS-III

 

　　這是在微控製器業界最流行的兩個實時操作係統
，特別是因為其創新的商業模式
，因為Micrium公gong司si允yun許xu你ni下xia載zai完wan整zheng的de軟ruan件jian套tao件jian
，並bing開kai始shi發fa展zhan，等deng你ni真zhen正zheng開kai始shi產chan生sheng營ying收shou後hou
，才cai需xu要yao開kai始shi支zhi付fu解jie決jue方fang案an的de費fei用yong。他ta們men在zai安an全quan至zhi上shang的de係xi統tong中zhong擁yong有you重zhong要yao的de地di位wei，並bing且qie他ta們men的de大da部bu分fen軟ruan件jian構gou件jian都dou已yi經jing通tong過guo認ren證zheng。

 

　　• Segger embOS

 

　　嵌入式軟件市場的新進入者，但這並不意味著他們是新手。該軟件產品已經開發了超過20年的時間，並已經使用在他們自己的硬件產品之中，因此對裝置的支持程度非常好，並配有一個優秀的驅動程序庫。

 

　　• Express Logic ThreadX

 

　　youxingyedezishenrenshisuochuangban
，gaigongsizhuanzhuzaisuoyouguanyuxingnengdeshiwushang，bingjiyachuyuanqijianzhongmeiyigeshizhongzhouqidexiaoneng。tatongchangbeikanzuoshicaozuoxitongzhongdelaosilaisi，bingyijingyouhenduorenzhengbeishiyongzaianquanzhishangdexitongzhizhong。

 

　　2）開源解決方案

 

　　• FreeRTOS

 

　　FreeRTOS跟MicriumuC/OS一樣，都是在同行業中最常被采用的實時操作係統之一。它有一個龐大的社群
，有很多人都在為軟件做出貢獻，像是TCP/IP棧，但做為開源軟件，便意味著沒有公司會負責整合，因此需要更多的工作來創建一個整合的解決方案。

 

　　也有一些公司在FreeRTOS的生態係統中，專門從事將差異化的軟件構件提供給那些需要整合協助的客戶，例如
，Wittenstein高完整性係統公司提供稱為SAFERTOS安全認證的FreeRTOS替換核心，以及HCC嵌入式公司提供可以與任何實時操作係統工作的USB、以太網絡和文件係統。

 

　　• mbed OS

 

　　mbed OS解決一些你通常會在開源軟件所遇到的痛點，因為ARM這一家公司會負責整合的工作。然而，它仍然是處於萌芽階段
，所以如果你想要有些貢獻就可以去這裏。

　• RIOT OS

 

　　RIOT OS被冠以“物聯網中最友好的操作係統”

，它(ta)是(shi)以(yi)通(tong)訊(xun)概(gai)念(nian)為(wei)基(ji)礎(chu)所(suo)建(jian)立(li)起(qi)來(lai)的(de)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)。這(zhe)使(shi)得(de)它(ta)即(ji)使(shi)在(zai)麵(mian)對(dui)困(kun)難(nan)的(de)通(tong)訊(xun)問(wen)題(ti)時(shi)
，仍(reng)然(ran)精(jing)簡(jian)且(qie)高(gao)效(xiao)率(lv)。然(ran)而(er)它(ta)仍(reng)然(ran)還(hai)在(zai)積(ji)極(ji)發(fa)展(zhan)的(de)階(jie)段(duan)當(dang)中(zhong)，所(suo)以(yi)你(ni)得(de)計(ji)劃(hua)多(duo)花(hua)幾(ji)個(ge)小(xiao)時(shi)來(lai)進(jin)行(xing)除(chu)錯(cuo)。

 

　　3）架構

 

　　有you一yi些xie操cao作zuo係xi統tong的de功gong能neng就jiu像xiang是shi將jiang磚zhuan塊kuai黏nian合he在zai一yi起qi的de水shui泥ni一yi樣yang，會hui與yu發fa展zhan框kuang架jia緊jin密mi地di結jie合he在zai一yi起qi，因yin此ci一yi般ban不bu能neng使shi用yong軟ruan件jian本ben身shen做zuo為wei項xiang目mu的de一yi部bu分fen，你ni必bi須xu圍wei繞rao著zhe它ta來lai進jin行xing整zheng個ge開kai發fa流liu程cheng。這zhe些xie框kuang架jia往wang往wang是shi使shi用yong比biC++更高階的語言所編寫，通常可以在實時操作係統上運行。

 

　　• mbed

 

　　mbed也出現在這裏
，這時則做為快速成型的項目。它是用C++編寫，並對大多數微控製器和電路板有絕佳的支持，擁有一個龐大的元件程序庫，和一個采用網頁架構的漂亮集成開發環境（IDE）。目前，在它準備全麵部署之前，它仍然需要一點成熟的時間
，但它很適合硬件原型的開發。

 

　　• Espruino

 

　　Espruino是在微控製器上運行的實時JavaScriptjieshiqi。tayunxuninenggoudongtaidigenggaichengxudaima，shenzhibuxuyaoduxieweikongzhiqibiankeyizhuanxiechengxudaima。zaitakaishiliangchanzhiqian

，rengranxuyaoyixieshijianlaifazhan，dantahenshiheyongyuyingjianyuanxing，bingchengxianchuchengweiyigebukehushiruanjianjiagoudejudaqianli。

 

　　• microPython

 

　　microPython所能做的事與Espruino大致相同，差別僅在於其使用Python來代替JavaScript。它發展的概念
，便是讓你從產品開發的一開始到量產，都能夠支持預先編譯的程序代碼，並使用C語言來編寫時序至上的程序代碼。目前仍在開發當中。

 

　　• microEJ

 

　　microEJ是一個采用Java架構的框架，讓你輕鬆地為你的設備打造好看的圖形化應用程序。它已經在許多智能手表和一些物聯網（IoT）設備中使用。

 

　　結語

 

　　如果你想要著手進行設備的開發，而無需安裝單一的程序
，像是mbed和microPython這(zhe)類(lei)的(de)框(kuang)架(jia)
，便(bian)是(shi)入(ru)門(men)的(de)好(hao)方(fang)法(fa)。但(dan)是(shi)
，如(ru)果(guo)你(ni)要(yao)建(jian)立(li)更(geng)大(da)的(de)部(bu)署(shu)，采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)純(chun)粹(cui)的(de)實(shi)時(shi)操(cao)作(zuo)係(xi)統(tong)將(jiang)會(hui)是(shi)更(geng)好(hao)的(de)選(xuan)擇(ze)。如(ru)果(guo)使(shi)用(yong)工(gong)作(zuo)時(shi)間(jian)而(er)不(bu)是(shi)金(jin)錢(qian)來(lai)當(dang)作(zuo)軟(ruan)件(jian)的(de)投(tou)資(zi)，對(dui)你(ni)的(de)公(gong)司(si)來(lai)說(shuo)會(hui)更(geng)為(wei)輕(qing)鬆(song)的(de)話(hua)，像(xiang)是(shi)FreeRTOS或RIOT這類非商業解決方案便有其優勢。如果你的公司能負擔得起前期投資，像是Segger
、Express Logic和Micrium的商業解決方案，將大大降低軟件開發風險和縮短產品上市的時間。在商業解決方案中
，特別像是Micrium的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)和(he)認(ren)證(zheng)的(de)程(cheng)序(xu)代(dai)碼(ma)基(ji)礎(chu)，廣(guang)泛(fan)普(pu)及(ji)的(de)部(bu)署(shu)，良(liang)好(hao)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)支(zhi)持(chi)
，開(kai)放(fang)的(de)原(yuan)始(shi)碼(ma)，以(yi)及(ji)適(shi)合(he)大(da)多(duo)數(shu)經(jing)濟(ji)效(xiao)益(yi)的(de)商(shang)業(ye)模(mo)式(shi)，更(geng)使(shi)其(qi)在(zai)商(shang)業(ye)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)中(zhong)顯(xian)得(de)特(te)別(bie)突(tu)出(chu)。