实时操作系统是否适合您的业务？

by Canonical on 14 February 2025

随着自动化几乎遍及社会的每个部门，从汽车和电信到工业制造，实时操作系统（OS）在各个行业都变得至关重要。实时操作系统（RTOS）可确保精确和确定的响应，满足对安全性和性能至关重要的严格的时间要求。但究竟是 Zephyr 或 FreeRTOS 等传统的 RTOS 才是您业务的正确选择，还是具有实时功能的 Linux 解决方案更适合您的需求呢？ 

我们最新的白皮书对这些问题进行了深入的探讨，在这篇博客中，我们将进行顶层概述。

是什么让系统实现 “实时”？

实时系统优先考虑计时而不是原始性能。它们的设计初衷是在严格的时间限制内处理特定的任务。与考虑总吞吐量的通用系统不同，实时系统关注确定性结果，因为每个操作都必须在定义的限制内可预测地发生。这种确定性对于车辆安全机制、工业控制系统和电信基础设施等应用至关重要。在下一节中，我们将评估在比较“硬”RTOS 或具有实时功能的 Linux 时的一些关键考虑因素。有关更全面的分析，请参考最新的白皮书。

RTOS 与实时 Linux：关键考虑因素

RTOS 专为错过最后期限可能导致灾难性失败的环境而构建。由于开销较低，RTOS 可确保实现可预测的任务调度，非常适合医疗设备或航空航天控制系统等关键任务场景。然而，其高度专业化的特性限制了可扩展性和灵活性。

实时 Linux，尤其是 PREEMPT_RT 补丁集，通过改进任务优先级和减少延迟扩展了 Linux 的功能。虽然它可能无法在超临界应用中实现传统调度程序或 RTOS 的严格确定性，但它为许多用例提供了足够的实时性能。这使得它适用于将实时需求与更广泛的操作需求相结合的项目。

此外，Linux 的开源特性提供了广泛的硬件兼容性、丰富的调试工具套件和活跃的开发人员社区。相比之下，专有 RTOS 通常需要定制开发，并且缺乏强大的驱动程序基础设施，这可能会增加上市时间。

最后，值得一提的是，构建和维护 RTOS 需要大量的内部专业知识。实时 Linux 解决方案通常提供长期支持（LTS），例如，实时 Ubuntu 提供长达 12 年的支持，以确保可靠性、安全更新和降低企业运营开销。

从工厂自动化和工业控制到电信基础设施的低延迟，对于需要时间敏感型计算的工作负载，需要确保响应能力和确定性行为。下一节将阐明如何使用实时操作系统来满足垂直行业中那些受时间限制的应用程序。 

跨行业的用例

具有实时能力的操作系统在许多行业都有应用，包括过程自动化（能源部门、石油、炼油厂）和离散自动化（汽车制造）。此外，医疗保健、工厂、电信网络、汽车、航空等行业也经常需要实时计算能力。实时还用于对自动化有严格精度要求的产品质量保证、安全、石油和天然气以及运输系统。我们来看一些具体的例子。

汽车行业

实时系统对于防抱死制动系统和自动驾驶等安全功能至关重要。虽然 RTOS 传统上在 ECU 中占主导地位，但凭借其可扩展性和对不同硬件的支持，Linux 正越来越多地用于信息娱乐和车载（V2X）应用。

电信行业

电信网络要求 5G 基础设施等应用程序具有超低延迟。实时 Ubuntu 支持虚拟化无线电接入网络（vRAN）和 OpenRAN，能够实现高效的资源分配和高性能的网络功能。

工业自动化

工厂依靠确定性计算来管理装配线和控制系统。实时 Ubuntu 与时间敏感网络（TSN）和 Intel 时间协调计算（TCC）相结合，为工业应用提供精确的同步。

做出正确的选择

实时系统可确保在关键环境中进行精确可靠的操作，有效利用这些技术可以帮助您优化性能、降低成本并加快上市时间。RTOS 或实时 Linux 哪个更适合您的用例将取决于您的特定需求，但它大体上归结为以下经验法则： 

• 对于对延迟极其敏感的系统，RTOS 提供了最高程度的一致性和确定性。
• 在既需要实时功能又需要更广泛的操作系统功能的混合关键环境中，带有 PREEMPT_RT 的实时 Linux 提供了卓越的通用性和可支持性。

要更详细地了解 RTOS 和实时Linux，以及为您的组织选择正确选项的其他指导，请访问完整的白皮书。

https://ubuntu.com/engage/real-time-os-whitepaper