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）zhegemingci。nizhenzhengxuyaoxiedeshikeyizhixingnidetedingyaoqiudechengxudaima
，zhexiechengxudaimajiangkeyibanidechanpinyuqitachanpinqufenchulai。danshi，nirengranxuyaoyikaoruanjiandeqitabufen，xiangshiADC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），將jiang比bi自zi己ji組zu建jian開kai放fang原yuan始shi碼ma組zu件jian的de解jie決jue方fang案an要yao來lai的de更geng低di一yi些xie。但dan既ji然ran是shi商shang業ye解jie決jue方fang案an便bian涉she及ji到dao初chu始shi成cheng本ben，這zhe些xie廠chang商shang通tong常chang要yao求qiu在zai使shi用yong解jie決jue方fang案an的de前qian期qi，取qu決jue於yu你ni所suo需xu要yao的de組zu件jian，便bian必bi須xu先xian支zhi付fu1萬到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

 

　　由you行xing業ye的de資zi深shen人ren士shi所suo創chuang辦ban，該gai公gong司si專zhuan注zhu在zai所suo有you關guan於yu性xing能neng的de事shi物wu上shang，並bing擠ji壓ya出chu元yuan器qi件jian中zhong每mei一yi個ge時shi鍾zhong周zhou期qi的de效xiao能neng。它ta通tong常chang被bei看kan作zuo是shi操cao作zuo係xi統tong中zhong的de勞lao斯si萊lai斯si，並bing已yi經jing有you很hen多duo認ren證zheng被bei使shi用yong在zai安an全quan至zhi上shang的de係xi統tong之zhi中zhong。

 

　　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(bi)C++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JavaScript解(jie)釋(shi)器(qi)。它(ta)允(yun)許(xu)你(ni)能(neng)夠(gou)動(dong)態(tai)地(di)更(geng)改(gai)程(cheng)序(xu)代(dai)碼(ma)，甚(shen)至(zhi)不(bu)需(xu)要(yao)讀(du)寫(xie)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)便(bian)可(ke)以(yi)撰(zhuan)寫(xie)程(cheng)序(xu)代(dai)碼(ma)。在(zai)它(ta)開(kai)始(shi)量(liang)產(chan)之(zhi)前(qian)，仍(reng)然(ran)需(xu)要(yao)一(yi)些(xie)時(shi)間(jian)來(lai)發(fa)展(zhan)
，但(dan)它(ta)很(hen)適(shi)合(he)用(yong)於(yu)硬(ying)件(jian)原(yuan)型(xing)，並(bing)呈(cheng)現(xian)出(chu)成(cheng)為(wei)一(yi)個(ge)不(bu)可(ke)忽(hu)視(shi)軟(ruan)件(jian)架(jia)構(gou)的(de)巨(ju)大(da)潛(qian)力(li)。

 

　　• 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shiFreeRTOS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Micriumdewendingxingherenzhengdechengxudaimajichu，guangfanpujidebushu，lianghaodeyuanqijianzhichi
，kaifangdeyuanshima
，yijishihedaduoshujingjixiaoyideshangyemoshi，gengshiqizaishangyejiejuefanganzhongxiandetebietuchu。