从OS支持度看Maker开发板的四个层次
对于初入门创客、自造者领域的人,面对目前琳琅满目的名词(多数是指系统开发板),有可能无所适从,不知道学什么好?学的到底是哪个层次?自己发创的应用点子,到底适合用哪个层次的系统板实现,都可能没有头绪。对此笔者自身观察,认为有四个系统层次可供选择,以下逐一说明。
1. 没有操作系统
没有操作系统的最典型开发板为Arduino,只有一颗简单的8位微控制器芯片在运作(特殊衍生版本例外),没有应用程序可以使用,Maker必须自己写控制程序,顶多调用函式库来加速、简化开发,且系统只一直循环执行一个控制程序。
初阶Arduino开发板采8位MCU核心,无法支持操作系统,以外围感测和控制为主。
除了Arduino外,兼容Arduino开发环境的系统板,大致也以这个层次来看待,例如Intel Galileo、Edison、Curie,或MediaTek LinkIt ONE、Realtek Ameba、ESP8266等,虽然这些芯片已是较高阶的32位微处理器芯片,理论与实务上也都执行嵌入式操作系统,但因为兼容于Arduino开发环境(抽象与简化系统),因此相关软件开发与执行也有些限缩,因此笔者仍将此类开发板归列于此层次。
2. 简单操作系统
简单操作系统即开发板有执行操作系统,且理论上允许同时执行多个应用程序,应用程序可以新增(安装)、删除(移除反安装)、修改(更新修正),不过应用程序的新增删除仍是在开发阶段进行,较难也较少在运行时间进行。
关于此,其实ESP8266与Realtek Ameba均使用FreeRTOS,只要不是使用Arduino开发环境(主要在简单好入门上手),使用其他较进阶、专业的开发环境,确实可以让开发板同时执行多个应用程序、新增修改删除应用程序。
一些Maker开发板支持FreeRTOS,如ESP8266和Ameba。
3. 嵌入式Linux
没有操作系统的典型是使用Arduino开发环境,简单操作系统的典型是FreeRTOS搭配各种开发工具(C语言、eLua语言、Micro Python语言等),而嵌入式Linux则更进阶,典型为OpenWRT。
目前支持OpenWRT的代表性开发板,自然是MTK去年底推出的LinkIt Smart 7688/Duo,该开发板的核心芯片本来就用于Router开发,为了更接近社群,这块板子的主打卖点之一即是与OpenWRT社群的发展完全同步,此举也确实掳获了许多精通此道的PRO Maker的心。
7688/Duo支援OpenWRT
OpneWRT的整体系统又比FreeRTOS更高阶,有许多现成的应用程序、驱动程序可以使用,只要在文字命令行下指令即可安装、移除、更新,不像FreeRTOS多数时候必须用开发工具才能达到同样目的。
此外因硬件系统资源、规格的增加,OpenWRT也可以连接以太网络、USB等,但前述的两者难以具备这些连接能力,多半只具备简单的GPIO、PWM、ADC,至多是SPI、I2C、UART等芯片间传输接口。
4. 桌上型Linux
桌上型Linux是嵌入式Linux的超集(Super-Set),所有嵌入式Linux具备的桌上型Linux也都具备,并再追加提供如一般Windows的图形用户界面(GUI),可以执行与操作图形化应用程序,例如Office、Web Browser、PDF Reader,几乎与一般个人计算机无异。
这类Maker开发板无疑以Raspberry Pi为代表,但现在有愈来愈多的水果派出现,如Banana Pi、Orange Pi等,功能都很强大,运作桌上型Linux完全没有问题。此外,TI的Beagleboard也属于这一类型开发板。
高性能的Maker开发板愈来愈多
相对于桌上型Linux,OpenWRT比较缺乏图形化接口,较适合一些背景运作的应用、运作于无形的应用,例如物联网网关、视讯监视器、宽带分享器、防火墙、档案分享器、打印分享器等。
除了当个人计算机运用外,以桌上型Linux为主的开发板也有多种应用,例如用来充当电视盒(媒体播放器),充当科学加速运算的计算机(运用丛集技术)等,或无人机等。
小结
以上主要为软件执行的说明,若是在开发层面,「没有操作系统」大体只能用C/C++/Processing程序语言,或Blockly程序语言(Google提出),但「简单操作系统」以上就有较多种开发选择,除前述的eLua、Python外,OpenWRT上也可用Node.js(JavaScript)开发。
说来说去,好像「没有操作系统」相当无用,其实要看应用的复杂性,简单的应用只要使用「没有操作系统」即可。另外,「没有操作系统」因使用微控制器,通常有较好的I/O驱动力(source)、承受力(sink),且有硬件的脉宽调变(PWM),这些多是高阶的微处理器比较缺乏,需要时得额外装配。
所以层次与应用能对应匹配最重要,并无绝对高低之别。
作者:陆向阳
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