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选择合适的操作系统对于项目的成功至关重要。了解如何在Raspberry Pi上使用RTOS，并看看你有哪些选择吧！
从OS到RTOS
Raspberry Pi是由Raspberry Pi基金会推出的一系列单板计算机（SBC）。它们最初是作为教育工具开发的，但后来被广泛用于各种项目，包括机器人技术、家庭自动化、物联网、个人和商业用途。这些信用卡大小的计算机能够执行普通电脑的任务，如文字处理、编程和网络浏览。
在个人台式计算机上，你可能使用的是像Windows、MacOS或Linux这样的全功能操作系统。（有些Raspberry Pi能够运行Windows，但它们的原生操作系统是基于Linux的。）但有时，这些类型的操作系统对于你的任务来说过于占用资源。对于某些项目，实时操作系统（RTOS）是更合适的选择。
Pi上的RTOS
顾名思义，RTOS是为时间关键型用例设计的，换句话说，就是那些必须满足时间要求的项目。这类项目的例子可以在航天器系统、心脏起搏器和空中交通管制中找到。与通用计算系统相比，这些现实世界的应用需要精确的时间限制来管理和优先处理任务。
必须指出的是，使用像Arduino这样的微控制器板来处理实时任务是更常见的做法。也就是说，Raspberry Pi单板计算机价格低廉，拥有庞大的社区，并提供充足的教育资源来帮助你入门。Raspberry Pi基金会还发布了他们的第一块微控制器板——Raspberry Pi Pico。
局限性
如果你打算在Raspberry Pi单板计算机上运行RTOS，那么需要注意一些局限性。RTOS系统的一个重要要求是足够的随机访问存储器（RAM），而较旧的Raspberry Pi型号可能没有这一点。根据你的具体用途，你还需要注意你的板子的最大时钟速度（Raspberry Pi4可以达到1,500 MHz，但这并不适用于整个系列）。
此外，Raspberry Pi单板计算机没有实时时钟（RTC），而是通过互联网连接来保持时间。这可能意味着对于时间关键型反馈应用来说，可靠性和准确性会降低。然而，这个问题有解决办法，比如添加一个实时时钟模块。事实上，Raspberry PiPico已经配备了RTC硬件。
（请注意，RTC中的“实时”与RTOS中的“实时”含义不同。前者是指能够在现实世界中显示时间的设备，而后者是指电子设备中的不间断计时。）
如果你有一个需要RTOS的项目，那么有很多选择可供选择。让我们来看看Raspberry Pi上一些最好的RTOS选项！
FreeRTOS
从名字上你可能就能猜到，FreeRTOS是一个用于嵌入式系统的免费开源RTOS。它是一个相对较小的应用程序，由不到9,000行代码组成，包括注释！尽管体积小，但它能够优先处理、调度和运行用户定义的任务。其代码的约40%处理任务之间的通信，因此它是具有竞争优先级项目的强大选择。
FreeRTOS正在积极开发和支持，甚至可用于商业应用。这意味着用户可以使用FreeRTOS将其产品推向市场，而无需获得开发者的许可或支付费用。
GitHub用户jameswalmsley已经为Raspberry Pi整合了一个FreeRTOS的基本端口，如果你想自己尝试，这将是一个很好的起点。
- 开发者：Richard Barry（现在由亚马逊网络服务管理）
- 用途：时间关键型嵌入式系统应用的单一、独立解决方案；更小、更易使用的选项
- 显著特性和功能：提供多线程或多任务、互斥量、信号量和软件定时器的方法；低功耗应用的无滴答模式
ChibiOS
ChibiOS是一个紧凑且快速的实时操作系统。尽管体积小（尽管不如FreeRTOS那么小），但在性能上毫不妥协。它可以从8位架构向上扩展，功能完整，具有完全静态的架构以及清晰优雅的代码库。
如果你想使用它，ChibiOS在三种许可下可用：有免费的开源和商业选项，以及一个用于大规模部署的付费完全商业许可。
GitHub用户steve-bate分享了ChibiOS的Raspberry Pi端口，并提供了一个有用的入门指南，包括硬件解释。
- 开发者：Giovanni Di Sirio
- 用途：紧凑、快速的RTOS
- 显著特性和功能：对于大多数内部数据结构（如就绪列表、计时器列表和线程队列）使用高效的双向循环链表
RTEMS
多处理器系统实时执行体（RTEMS）是一个支持开放应用程序接口（API）标准（如可移植操作系统接口POSIX）的开源选项。它已被用于太空飞行、医疗应用、网络以及许多其他嵌入式系统。
RTEMS定期更新稳定版本，并有一个Discord服务器用于社区支持。
与这个列表上的其他一些选项不同，RTEMS直接支持Raspberry Pi硬件。如果你想试试它，可以从RTEMS网站下载软件包，还有一个有用的设置指南。
- 开发者：OAR公司
- 用途：太空飞行、医疗行业、网络等应用
- 显著特性和功能：为Raspberry Pi提供指定支持包
RT-Thread
RT-Thread是一个开源且可扩展的实时操作系统。它与x86、ARM RISC-V和Xtensa硬件兼容，还有一个用于资源受限设备的Nano版本。最小内核只需要1.2 KB的RAM和3 KB的闪存，这远远少于你的Raspberry Pi可能拥有的可用资源。
RT-Thread特别支持基于RP2040的开发板，如Raspberry PiPico，它还列出了对Raspberry Pi2、3和4型号的支持。还有一个图形化集成开发环境（IDE）（RT-Thread Studio），这使得这个RTOS对于经验较少的开发者来说更加易用。
- 开发者：Bernard Xiong & RT-Thread团队
- 用途：嵌入式应用和物联网设备
- 显著特性和功能：为多个Raspberry PiSBC型号和Pico提供指定支持；图形化IDE
NuttX
NuttX是一个实时操作系统（RTOS），专注于标准合规性，特别是POSIX和美国国家标准协会（ANSI）的标准。它的第二个重点是可伸缩性，并且与从8位到64位的微控制器环境兼容。
它已被移植到新的Raspberry PiPico和基于RP2040微控制器的其他主板上。它完全支持其两个ARM Cortex-M0+核心上的对称多处理（SMP）操作。
- 开发者：格雷戈里·纳特（Gregory Nutt）
- 预期用途：符合国际标准的RTOS
- 显著特点和功能：体积小、可伸缩性强
TrampolineRTOS
Trampoline是为小型嵌入式系统设计的静态RTOS，这意味着用户可以对内存分配进行更多控制。这种类型的RTOS操作起来更复杂，但对于重复任务来说，它可以是一个更稳定且可预测的选择。
Trampoline API与汽车标准保持一致，但这不仅仅是一个局限于单一行业的简单选择。文档中特别支持早期Raspberry Pi型号中使用的博通BCM2836处理器，因此，如果你手头有旧款的Raspberry Pi，这将是一个安全且稳定的选择。
- 开发者：LS2N的实时系统小组
- 预期用途：汽车领域的嵌入式RTOS
- 显著特点和功能：静态RTOS；支持旧款Raspberry Pi型号
RODOS
实时机载可靠操作系统（RODOS）是另一个开源的嵌入式选项，最初是为控制卫星而开发的，所以你可以相信它的准确性！毕竟，它是在德国航空航天中心开发的，至今仍用于该中心的微卫星项目。
RODOS可以独立运行（“裸机”）或在另一个操作系统之上运行，这使其能够灵活应用于各种项目类型。
- 开发者：维尔茨堡大学信息学研究所
- 预期用途：卫星控制或任何需要高可靠性的应用
- 显著特点和功能：超快速启动；线程安全的通信和同步
Mbed (Linux) OS
最后，Mbed OS是一个为物联网（IoT）设备设计的开源嵌入式操作系统。它包括基于ARM Cortex-M微控制器开发IoT设备所需的所有功能。虽然Mbed OS目前还不支持Raspberry Pi主板，但在撰写本文时，一个针对Raspberry PiPico的移植版本正在开发中，并且过去已经成功实现了一些用于Raspberry Pi的API。
然而，相关的操作系统Mbed Linux OS是专门为Raspberry Pi3等流行开发板所基于的ARM Cortex-A处理器设计的。虽然该存储库已不再维护，但仍在GitHub上可访问，只是要注意，它不再获得持续支持。
- 开发者：Arm
- 预期用途：嵌入式应用和IoT设备
- 显著特点和功能：Raspberry PiPico移植版本正在开发中
