NuttX实时操作系统介绍(最详细)

阅读本书更多章节>>>> 为什么选择NuttX？

市场上开源或商业的RTOS非常多，为什么我们选择NuttX？主要有以下几个原因：

NuttX对POSIX标准有原生兼容：NuttX是可商用化RTOS中唯一一个对POSIX API有原生支持的实时操作系统，所以很多Linux社区的开源软件可以很方便的移植到NuttX上，这样可以极大的简化开源软件移植，方便代码复用，降低学习曲线，其它RTOS需要适配层把POSIX API转成内部API，而且通常只兼容一小部分的POSIX接口。完成度高：NuttX集成了文件系统、网络协议栈、图形库和驱动框架，减少开发成本。模块化设计：所有组件甚至组件内部特性，都可以通过配置Kconfig来调整或关闭，可按需对系统进行裁剪，适用于不同产品形态。代码精简：所有组件都是从头编码，专门对代码和数据做了优化设计。轻量级：虽然NuttX实现了传统操作系统的所有功能，但是最终生成的代码尺寸还是可以很小（最小配置不到32KB，最大配置不超过256KB）。和Linux系统的兼容性：因为NuttX整体设计、代码组织，编译过程和Linux非常接近，将会极大地降低Android/Linux开发者的迁移成本。活跃开放的社区：很多厂商（比如小米、Sony，乐鑫、NXP等）和开源爱好者都在积极回馈社区。

NuttX的详细介绍

以下是关于NuttX的详细介绍：

1.NuttX设计

NuttX遵循POSIX标准，在Linux中广泛应用的API接口，并且具有实时操作系统（RTOS）的特性。它采用模块化设计，将内核空间和用户空间分离，并提供了丰富的驱动程序和服务程序，包括文件系统、网络协议栈、USB主机/设备支持等。同时，它还支持多任务、多线程、信号量、消息队列、事件驱动等特性，方便用户进行开发和调试。

2.NuttX特点

开源免费：NuttX是一款完全开源、免费的操作系统，可以自由下载和使用。可移植性：支持各种处理器架构和硬件平台，具有良好的可移植性和通用性。稳定可靠：经过长时间的使用和测试，已经成熟稳定，能够满足各种嵌入式应用的需求。易用性高：具有简单易学的API和文档，便于开发者学习和使用。

3.NuttX应用场景

工控系统：可以将NuttX应用于各种工业自动化、机器人控制、智能电网等工控领域。消费电子：可以将NuttX应用于各种消费电子产品，例如：移动设备、家庭娱乐系统、数字相框等。智能家居：可以将NuttX应用于智能家居领域，例如：温度控制、灯光控制、安全监测等。

NuttX是一款高可靠、高稳定性和高可移植性的嵌入式操作系统，可应用于各种嵌入式领域。它具有丰富的驱动程序和服务程序，遵循POSIX标准，并集成了实时操作系统（RTOS）特性，提高了系统的实时性和可靠性。如果你需要一个高效、稳定、易用的嵌入式操作系统，不妨试试NuttX。

Nuttx与linux的对比

Nuttx是一种嵌入式实时操作系统（RTOS），旨在在资源受限的嵌入式设备上运行。与Linux系统相比，Nuttx具有以下区别和优点：

1. 大小和效率：Nuttx是一个非常轻量级的操作系统，具有小巧的内核和较低的内存占用。相比之下，Linux系统通常较大且较复杂，需要更多的资源。

2. 实时性：Nuttx是一个实时操作系统，可以提供精确的时间管理和响应。这对于需要严格时间控制的嵌入式应用非常重要。Linux系统虽然可以提供实时性，但通常需要额外的配置和补丁。

3. 可移植性：Nuttx被设计为高度可移植的，可以在多种硬件平台上运行。它支持许多不同的处理器架构和设备。Linux系统也具有很高的可移植性，但在某些嵌入式设备上可能需要更多的定制和适配工作。

NuttX的系统架构

从纵向看，NuttX和传统操作系统一样由调度子系统、文件子系统、网络子系统、图形子系统和驱动子系统组成。从横向看，NuttX向上给应用程序提供了POSIX和ANSI定义的标准C/C++接口。对于没有标准化的组件（比如各种外设），NuttX通常会提供兼容Linux的API。向下NuttX定义了Arch API、块设备驱动接口、网卡驱动接口、display驱动接口，以及各种总线和外设的lower half驱动接口，使得芯片厂商能够规范、快速地完成移植工作。下图中数量众多的蓝色模块就是NuttX实现的各种功能。

子系统介绍

调度子系统

NuttX支持大多数RTOS都没有实现的进程概念，并提供完整的POSIX API，比如pthread、信号量、消息队列、时钟/定时器、信号、环境变量等。同时，也支持RTOS上常见的优先级翻转和tickless模式。NuttX支持对称多处理（SMP）和非对称多处理（AMP）两种多核编程模式，开发者可以根据芯片设计的特点和应用场景的需求，选择使用SMP或AMP，甚至同时使用SMP和AMP。NuttX支持所有常见CPU架构，比如Cortex-A/Cortex-R/Cortex-M、AVR、MIPS、32位/64位 RISC-V，X86/X64，Z80，以及Tensilica和CEVA的DSP，并有超过150款芯片成功移植到NuttX上。

文件系统

NuttX设计了一套完整而小巧的虚拟文件系统，除了支持统一的目录和文件操作外，还支持挂载点、字符设备，块设备等高级概念。直接支持10多种常用的文件系统。比如FAT、LittleFS、SmartFS、NFS、ROMFS、TMPFS等。另外，NuttX内置根文件系统，无需挂载即可启动，极大的简化了开发和部署流程。

网络子系统

NuttX实现了完整的网络协议栈，支持以太网、WiFi、802.15.4、蓝牙、CAN等数据链路层协议，支持IPv4、IPv6以及相关的ARP、ICMP、IGMP、MLD等传输层协议，实现了BSD兼容套接字API，除了常见的TCP、UDP协议外，还支持raw packet、unix domain、netlink套接字类型。另外，NuttX还提供了大量的应用层协议实现，比如DHCP、DNS、NTP、Telnet、FTP、SMTP、HTTP等。

驱动子系统

除了接入到文件系统的块设备驱动和接入到TCP/IP协议栈的网络设备驱动外，NuttX还为各种常见总线和外设定义了类似Linux的字符设备驱动。一方面通过NuttX为每类设备定义的标准IOCTL接口，应用程序可以用统一的API访问不同厂商的硬件驱动，另一方面NuttX驱动框架实现了和硬件无关的操作（比如权限控制、buffer管理，睡眠/唤醒等），降低驱动程序的开发难度。最后，NuttX提供了一套基于activity统计的低功耗管理框架，使得驱动程序可以方便地实现低功耗控制。

Xiaomi Vela 介绍

Xiaomi Vela 项目，是小米基于开源实时操作系统NuttX打造的嵌入式物联网软件平台。

小米基于 Apache NuttX 开发了为解决物联网碎片化而生的，物联网领域自研的嵌入式软件平台——Xiaomi Vela。在各种不同的物联网硬件上提供统一的软件平台，支持高性价比的MCU设备，为IoT的繁荣构建基础设施。

Xiaomi Vela 通过组件化能力，做到高度可伸缩、可裁剪，支持丰富的组件和易用的框架。同时，可以很方便的去支持功能差异跨度极大的各种物联网设备。还与 Linux 保持高度兼容性，适合做 Linux 的平替，帮助硬件实现降本。并基于物联网的特性，在多核异构、安全、超低功耗渲染和连接方面都建设了独有的能力。

IoT领域跟传统的PC和手机行业相比，最大的差异点就是IoT设备极其碎片化，这个碎片化给小米自身以及整个行业带来了效率低下的问题（代码的不可复用、软件的重复建设）。随着IoT行业的高速发展，到2030年全球还会新增150亿IoT设备，所带来的碎片化问题只会是越来越严重。因此，迫切的需要一个统一的软件平台来打通碎片化的IoT应用，让其能够和谐共通。

Xiaomi Vela 可以通过丰富的组件和标准化的软件框架，打通碎片化的物联网应用场景；可以确保信息在设备间高效无缝的流转；能够做到更多物联网产品的互联随心配，为用户带去更趣味、多样性的搭配选择。

目前 Xiaomi Vela 已经装载在含智能家居、穿戴、智能音箱等品类的数百款、千万级的智能设备上。能够联动构建更多丰富且实用的智能场景，拥有更极致的设备互联的体验，让全球每个人都能享受科技带来的美好生活，这是Xiaomi Vela的目标，同时也是小米公司的愿景。

后续

 IoT领域迫切需要一个统一的物联网操作系统，比ucosIII、freeRTOS更高级，比linux更轻量级。能提提供丰富组件，丰富的生态，便捷的使用，解决碎片化问题。在这方面 Xiaomi Vela和开源鸿蒙系统都在发力，比如OpenHarmony。

OpenHarmony LiteOS-A内核是基于Huawei LiteOS内核演进发展的新一代内核，Huawei LiteOS是面向IoT领域构建的轻量级物联网操作系统。在IoT产业高速发展的潮流中，OpenHarmony LiteOS-A内核能够带给用户小体积、低功耗、高性能的体验以及统一开放的生态系统能力，新增了丰富的内核机制、更加全面的POSIX标准接口以及统一驱动框架**HDF**（OpenHarmony Driver Foundation）等，为设备厂商提供了更统一的接入方式，为OpenHarmony的应用开发者提供了更友好的开发体验。

鸿蒙与Xiaomi Vela的异同

在物联网时代，操作系统是最底层基础的系统架构，很多上层应用都基于操作系统才能布局生态。就在小米对外正式发布自家物联网操作系统Xiaomi Vela同一天，华为也举办了一场新品发布会，发布了15款智选新品，这是华为的物联网操作系统鸿蒙OS首次应用在华为智选生态产品上。

而在小米官方对Vela介绍中，Xiaomi Vela对标的其实是华为LiteOS。然而，随着LiteOS融入鸿蒙OS，Xiaomi Vela终将要面对的仍然是鸿蒙OS。

无论是鸿蒙还是Xiaomi Vela，都是为了打通物联网最基础的联通、协同相关功能。但两者仍然略有差异：

在战略层面：鸿蒙OS发布之初，华为官方对标的是安卓系统比；Xiaomi Vela则更倾向于认为是与Linux、安卓等高价操作系统是互补共生关系。

在应用层面：鸿蒙搭载的范围更广，覆盖到了内存配置比较大的领域，搭载华为鸿蒙OS的第一款产品是荣耀智慧屏；Xiaomi Vela更注重低功耗和轻量级的应用场景，其目标应用是智能家居、可穿戴设备等算力受限设备，而非手机、智能电视等。

逐步完善的物联网生态版图，

小米的手机+AIoT野望

2013年，小米开始进军智能硬件领域，初步探索物联网；
2015年，小米首次披露以手机为核心，连接所有设备的物联网战略，正式开启物联网布局；
2019年初，雷军宣布全面All in IoT，未来五年持续投入高达100亿，抓住人工智能、物联网时代的新风口；
2020年初，随着5G时代到来，5G将赋能AIoT，开启万物互联的智能时代即将到来，小米作出重大战略升级，加码为5年投入" ＋AIoT"500亿元。
这是小米入局物联网领域的一段缩影。

随着时间的推移，小米的物联网生态版图无疑也正在逐步完善。除了和以往一样，推出了更多新的硬件产品，小米还推出自己的系统平台Xiaomi Vela，试图通过打造核心的软硬件底层。

目前看来，小米畅快连、小米妙享、小米"一指连"UWB技术、小爱5.0、Works With Mijia开放生态，Xiaomi Vela软件平台、小米IoT模组家族以及丰富的小米生态链产品，都在从硬件到软件、从技术到服务、从产 品 到生态等各种维度加强"手机+AIoT"的生态场景体验与繁荣，积极推动整个AIoT场景与行业健康发展，小米物联网技术护城河才真正要建起来。基于目前已有的规模和品牌效应，或许这个进程也会比较快。

其他资源

NuttX实时操作系统_nuttx zblue_奋斗的阿狸_1986的博客-CSDN博客

1.1NuttX 介绍 - 知乎

共创开源生态——Xiaomi Vela - 知乎

Xiaomi Vela - 小米物联网嵌入式软件平台

小米IoT开发者平台

https://nuttx.apache.org/

PX4从放弃到精通（一）：开源飞控PX4简介＋系列文章大纲_超维空间科技的博客-CSDN博客

PX4开源软件框架简明简介-CSDN博客

请问如何学习nuttx这款实时操作系统？ - 知乎

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