第頁2023IoT工程如何選擇正確的軟件架構IoT工程如何選擇正確的軟件架構

你想要創立一個適宜的工程，看是要更進一步探究這個想法還是將其產品化。但是，應當從哪種軟件架構入手呢?原委該采納初始本錢較低的開源架構，還是選擇須要支付前期費用的商業解決方案，來加速你的設計過程呢?一起來看看!

什么是軟件架構?

在本文件中，將“軟件構架〞說明為“編寫軟件的一種特定方式〞。例如，Arduino供給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工程被重新運用。

軟件架構是由幾個不同的局部所組成，并由以下組件所定義：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的案例中那么是會被分別。

什么是操作系統?

因此，該如何選擇一個軟件架構呢?首先，我們須要對一些名詞說明的更明確一點，我們已經起先提到操作系統(OS)這個名詞。你真正調度程序是用在為可能會爭奪相同資源的不同任務、安排資源和處理時間的組件。在一般狀況下，調度程序有兩種作業的方式，而這正是“實時〞在實時操作系統(RTOS)的意義所在。實時意味著在一個特定的時間內，會有一個特定的任務將會被執行。假設你得到一個你須要處理的射頻封包，無論你的設備目前正在做什么事，實時操作系統的核心會先離開它目前所做的任務，先完成這一個高優先等級的任務。這種類型的行為在處理器的利用上并不是最有效率的方式，但例如在馬達限制應用中，它在通訊棧與應用中最須要重視的便是反響時間的議題。

商用與開源解決方案的比擬

舉例來說，假設你已經想通了是否須要采納實時操作系統，并起先組建軟件需求。你可能知道，你須要一個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，你該從哪里起先呢?你真的只須要為你首選的微限制器下載最新的FreeRTOS模板，并接著下載開源軟件并放到裝置中就可以了嗎?或者你只是須要去找有你所需軟件的商業供貨商，并獲得完整的軟件組合?

為了做出更明智確實定，我們常常談論要給選定的解決方案一個總體擁有本錢(TCO)的概念。所謂的總體擁有本錢包含的不僅是你為軟件付出的貨幣價值，還包括花費在找尋解決方案、組裝不同的構件，并將不同的構件整合到你的工程，以及開發、測試和生產的工作時間。

在一般狀況下，我們看到的是商業解決方案的總體擁有本錢(TCO)，將比自己組建開放原始碼組件的解決方案要來的更低一些。但既然是商業解決方案便涉及到初始本錢，這些廠商通常要求在運用解決方案的前期，取決于你所須要的組件，便必需先支付1萬到10萬美元之間的費用。在另一方面，下載FreeRTOS并起先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，相對會更廉價一些。

確定你的工程的最正確解決方案，將高度依靠于它是否是最簡單讓你賺到現金，或是能夠為總體擁有本錢的工時來“買單〞。

候選方案

所以，當你已經看到這里，你的大腦中可能已經起先吶喊：“只要給我一個可以讓我起先運用的架構就好了!〞

惋惜沒有那么快，確定有一些方案的選項是比其他選項更好，微限制器的應用特別多樣性，確定沒有那種一個尺寸便適合全部需求的解決方案。我們先來了解很多最流行的操作系統和軟件架構，并分別細致地探討(本文所提到的操作系統都具有實時實力)：

1)商用解決方案

MicriumuC/OS-II與uC/OS-III

這是在微限制器業界最流行的兩個實時操作系統，特殊是因為其創新的商業模式，因為Micrium公司允許你下載完整的軟件套件，并起先開展，等你真正起先產生營收后，才須要起先支付解決方案的費用。他們在平安至上的系統中擁有重要的地位，并且他們的大局部軟件構件都已經通過認證。

SeggerembOS

嵌入式軟件市場的新進入者，但這并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，并已經運用在他們自己的硬件產品之中，因此對裝置的支持程度特別好，并配有一個優秀的驅動程序庫。

ExpressLogicThreadX

由行業的資深人士所創辦，該公司專注在全部關于性能的事物上，并擠壓出元器件中每一個時鐘周期的效能。它通常被看作是操作系統中的勞斯萊斯，并已經有許多認證被運用在平安至上的系統之中。

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納的實時操作系統之一。它有一個浩大的社群，有許多人都在為軟件做出奉獻，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，因此須要更多的工作來創立一個整合的解決方案。

也有一些公司在FreeRTOS的`生態系統中，特地從事將差異化的軟件構件供給給那些須要整合幫助的客戶，例如，Wittenstein高完整性系統公司供給稱為SAFERTOS平安認證的FreeRTOS替換核心，以及HCC嵌入式公司供給可以與任何實時操作系統工作的USB、以太網絡和文件系統。

mbedOS

mbedOS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，它仍舊是處于萌芽階段，所以假設你想要有些奉獻就可以去這里。

RIOTOS

RIOTOS被冠以“物聯網中最友好的操作系統〞，它是以通訊概念為根底所建立起來的操作系統。這使得它即使在面對困難的通訊問題時，仍舊精簡且高效率。然而它仍舊還在主動開展的階段當中，所以你得安排多花幾個小時來進行除錯。

3)架構

有一些操作系統的功能就像是將磚塊黏合在一起的水泥一樣，會與開展框架緊密地結合在一起，因此一般不能運用軟件本身做為工程的一局部，你必需圍圍著它來進行整個開發流程。這些框架往往是運用比C++更高階的語言所編寫，通常可以在實時操作系統上運行。

mbed

mbed也出現在這里，這時那么做為快速成型的工程。它是用C++編寫，并對大多數微限制器和電路板有絕佳的支持，擁有一個浩大的元件程序庫，和一個采納網頁架構的美麗集成開發環境(IDE)。目前，在它打算全面部署之前，它仍舊須要一點成熟的時間，但它很適合硬件原型的開發。

Espruino

Espruino是在微限制器上運行的實時JavaScript說明器。它允許你能夠動態地更改程序代碼，甚至不須要讀寫微限制器便可以撰寫程序代碼。在它起先量產之前，仍舊須要一些時間來開展，但它很適合用于硬件原型，并呈現出成為一個不行無視軟件架構的巨大潛力。

microPython

microPython所能做的事與Espruino大致相同，差異僅在于其運用Python來代替JavaScript。它開展的概念，便是讓你從產品開發的一起先到量產，都能夠支持預先編譯的程序代碼，并運用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是一個采納Java架構的框架，讓你輕松地為你的設備打造好看的圖形化應用程序。它已經在很多智能手表和一些物聯網(IoT)設備中運用。

假設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這類的框架，便是入門的好方法。但是，假設你要建立更大的部署，采納一個純粹的實時操作系統將會是更好的選擇。假設運用工作時間而不是金錢來當作軟件的投資，對你的公司來說會更為輕松的話，像是FreeRTOS或RIOT這類非商業解決方案便有其優勢。假設你的公司能負擔得起前期投資，像是Segger、ExpressL