FreeRTOS

FreeRTOS是一個熱門的^[3]嵌入式裝置用即時作業系統核心^[4][5]，它於2003年由Richard Barry設計，並已被經成功移植到35種不同的微控制器上^[6]。FreeRTOS採用MIT特許條款特許。

FreeRTOS

開發者	Real Time Engineers Ltd.
作業系統家族	即時作業系統
運作狀態	活躍
原始碼模式	可取得原代碼
目前版本	202212.01（2023年3月4日；穩定版本）[1] 202210.01-LTS（2022年11月18日；長期支援）[2]
市場取向	嵌入式裝置
支援平台	ARM (ARM7, ARM9, Cortex-M3, ARM Cortex-M4, Cortex-A), Atmel AVR, AVR32（英語：AVR32）, HCS12（英語：HCS12）, MicroBlaze（英語：MicroBlaze）, Cortus（英語：Cortus） (APS1, APS3, APS3R, APS5, FPF3, FPS6, FPS8), MSP430, PIC, Renesas H8/S, SuperH, RX, x86, 8052, Coldfire（英語：Freescale ColdFire）, V850（英語：V850）, 78K0R, Fujitsu MB91460 series, Fujitsu MB96340 series, Nios II, Cortex-R4, TMS570, RM4x
內核類別	微內核
特許條款	MIT特許條款
官方網站	www.freertos.org
倉庫	github.com/FreeRTOS/FreeRTOS

實作

FreeRTOS的設計小巧且簡易，整個核心程式碼只有3到4個C檔案，為了讓程式碼容易閱讀、移植和維護，大部分的程式碼都是以C語言編寫，只有一些函數（多數是架構特定排班副程式）採用匯編語言編寫。

FreeRTOS提供許多方法以實現多線程（threads）、多作業（task）、互斥鎖（mutex）、訊號量（semaphore）和軟件計時器（software timer），有個為低耗電應用程式提供的無嘀嗒（tick-less）模式，線程的優先權管理也有支援，此外，FreeRTOS提供了四種記憶體組態的模式：

• 僅組態（allocate only）
• 以非常簡易但快速的演算法進行組態與釋放
• 搭配記憶體合併（英語：Coalescing (computer science)），以較複雜但快速的演算法進行組態與釋放
• 搭配互斥保護，以 C 函式庫組態進行組態與釋放

FreeRTOS中沒有一些像Linux、Microsoft Windows等典型作業系統具有的先進特徵，例如裝置驅動程式（英語：device drivers）、先進記憶體管理機制、用戶管理和網絡管理，FreeRTOS着重在執行的簡潔與速度，FreeRTOS有時會被視為是一個『線程函式庫』而非『作業系統』，儘管可以找到命令列介面和類似POSIX I/O 介面的外掛程式。

FreeRTOS實作了多線程，主程式會在規律的短時間區間內呼叫一個線程時計方法，這個方法會以循環制依照任務的優先順序進行任務切換，一般來說，這個短時間區間介於 1/1000 秒與 1/100 秒之間，透過一個硬件時計中斷來計時，但這個區間經常隨着特定的應用而改變。

從FreeRTOS官網（FreeRTOS.org（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館））所下載到的程式碼包含準備用來移植或編譯的設定檔和演示程式碼，讓用戶可以快速地進行應用程式設計。

主要特色

• 記憶體足跡非常小，低負擔（英語：Overhead (computing)）（overhead）且執行非常快速
• 提供低電耗應用程式無計時選項
• 對作業系統新手而言，很適合作為入門教材，對於專業開發者來說則適合用於商業產品開發
• 排程器可以設置成可搶先（preemptive）或共同運作（英語：Cooperative multitasking）（cooperative operation）
• 提供共用副程式（coroutine），在FreeRTOS中，共用副程式是一個記憶體堆疊用量非常有限但非常簡易輕巧的任務
• 支援使用（generic trace macros（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. ）

支援平台

• Altera Nios II
• ARM architecture
  • ARM7
  • ARM9
  • ARM Cortex-M
  • ARM Cortex-A
• Atmel
  • Atmel AVR
  • AVR32（英語：AVR32）
  • SAM3
  • SAM4
  • SAM7
  • SAM9
  • SAM D20
  • SAM L21
• Cortus（英語：Cortus）
  • APS1
  • APS3
  • APS3R
  • APS5
  • FPS6
  • FPS8
• Cypress（英語：Cypress Semiconductor）
  • PSoC
• Energy micro（英語：Energy Micro）
  • EFM32（英語：EFM32）
• Fujitsu
  • FM3 series
  • MB91460 series
  • MB96340
• Freescale
  • Coldfire（英語：Freescale ColdFire） V1
  • Coldfire V2
  • HCS12（英語：Freescale 68HC12）
  • Kinetis
• IBM
  • PPC405（英語：PowerPC 400）,PPC404
• Infineon
  • TriCore（英語：Infineon TriCore）
  • Infineon XMC4000（英語：Infineon XMC）
• Intel
  • x86
  • 8052
• PIC微控制器
  • PIC18
  • PIC24
  • dsPIC
  • PIC32
• Microsemi（英語：Microsemi）
  • SmartFusion（英語：Actel SmartFusion）
• Multiclet（英語：Multiclet）
  • Multiclet P1
• NXP（NXP LPC（英語：NXP LPC））
  • LPC1000
  • LPC2000
  • LPC4300
• Renesas
  • 78K0R
  • RL78
  • H8/S
  • RX600
  • RX200
  • SuperH
  • V850（英語：V850）
• STMicroelectronics
  • STM32
  • STR7
• Texas Instruments
  • MSP430
  • Stellaris
  • Hercules（英語：Hercules (processors)）（TMS570LS04 & RM42）
• Xilinx
  • MicroBlaze（英語：MicroBlaze）
  • Zynq-7000

相關系統

SafeRTOS

SafeRTOS的功能和FreeRTOS類似，但是是為實現安全關鍵系統所設計。FreeRTOS的機能模型經過完全的HAZOP，其機能模型及API因為用戶誤用或是硬件失效造成的弱點都已經識別且修正。最後的需求經過完整IEC 61508 SIL 3開發生命週期來實現，也是只有軟件的元件可以達到的最高等級。

SafeRTOS是由WITTENSTEIN high integrity systems開發，原開發者 Real Time Engineers Ltd 為其合作夥伴^[7]。SafeRTOS和FreeRTOS有相同的排程演算法，相似的API，其他方面也相當類似^[8]，不過是因為不同的目標而設計的^[9]。SafeRTOS只用C語言進行開發，以符合IEC61508的認證需求^[10]。

在作業系統中，SafeRTOS有其獨特的地方，是只需要放在微處理器中的唯讀記憶體（ROM）即可，因此可以進行IEC61508或是其他安全或是可靠度相關的完整軟件及硬件預認證^[11]。若是放在唯讀記憶體中，SafeRTOS代碼只能依照原始的組態來執行，因此用這套作業系統的裝置的認證測試，不需在安全認證中重新測試其開發的程式^[12]。

德州儀器會針對其TI Stellaris系列的部份MCU的ROM裏加上SafeRTOS^[13]，因此客戶可以將SafeRTOS用在商業應用中，而不用採購其原代碼。在這種使用方式下，會提供一個簡單的C語言標頭檔將SafeRTOS的API函數對映於其在ROM中對應位置內。這種將SafeRTOS放在唯讀記憶體的作法相當理想，因為其中的程式不會被修改，去除了用戶的錯誤，也確保在專案開發過程中，SafeRTOS部份的程式都和認證時的相同。

OpenRTOS

OpenRTOS也是和FreeRTOS有關的專案，其代碼和FreeRTOS完全相同，但是其特許及收費方式不同。OpenRTOS是由WITTENSTEIN Aerospace and Simulation Ltd提供的軟件，其特許要求移除了所有參考GNU通用公眾特許條款的內容。OpenRTOS是商業軟件，需購買後才能使用，也沒有上述的特許要求，購買OpenRTOS的客戶也可以獲得完整的技術支援^[14]。

參見

• 自由軟件主題

• 嵌入式作業系統

參考資料

1. FreeRTOSv202212.01 Latest. 2023年3月4日 [2023年8月8日].
2. 202210.01-LTS (November 2022). 2022年11月18日 [2023年8月19日].
3. 2011 Embedded Market Study. EE Times. [2016-08-12]. （原始內容存檔於2012-04-02）.
4. Kolesnki, Sergey. Comparing microcontroller real-time operating systems. 2013-12-08 [2016-08-12]. （原始內容存檔於2016-08-20）. A kernel is not an RTOS, but this can be a confusing issue because of the inappropriate naming chosen for some popular kernels, 『freeRTOS』 for example.
5. Why RTOS and What Is RTOS?. [29 August 2014]. （原始內容存檔於2016-08-07）. What is FreeRTOS? … The size constraints, and dedicated end application nature, rarely warrant the use of a full RTOS implementation - or indeed make the use of a full RTOS implementation possible. FreeRTOS therefore provides the core real time scheduling functionality, inter-task communication, timing and synchronisation primitives only. This means it is more accurately described as a real time kernel, or real time executive. …
6. Official Website. [2016-08-12]. （原始內容存檔於2016-08-15）.
7. FreeRTOS. [8 Aug 2012]. （原始內容存檔於2016-08-15）.
8. SmartBotPaper (PDF). [8 Aug 2012]. （原始內容 (PDF)存檔於2012-07-04）.
9. Relationship between FreeRTOS and SAFERTOS. [2016-08-12]. （原始內容存檔於2016-08-19）.
10. EETimesSafetyCritical. [8 Aug 2012]. （原始內容存檔於2011-04-30）.
11. Embedded Systems Design Europe. [2012-08-10]. （原始內容存檔於2012-10-23）.
12. Texas Instruments (PDF). [2012-09-10]. （原始內容 (PDF)存檔於2013-07-04）.
13. TI Stellaris Product range. [2016-12-30]. （原始內容存檔於2013-01-04）.
14. OpenRTOS. [2016-08-12]. （原始內容存檔於2014-10-28）.

外部連結

• Official website（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• OPENRTOS
• SAFERTOS（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• FreeRTOS+Trace（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• FreeRTOS ecosystem products（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）
• 成功大學 FreeRTOS（頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）