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最近，有接觸到Zephyr操作系統(tǒng)，在這之前我也沒怎么了解過，簡單了解了一下，發(fā)現(xiàn)其增長的勢頭還挺猛的。
下面我們一起來簡單認識認識Zephyr。
Zephyr 簡介
Zephyr RTOS是Linux基金會下的一個開源項目，以其高效、靈活、安全的特點，在實時操作系統(tǒng)領域嶄露頭角，成為物聯(lián)網(wǎng)設備開發(fā)的首選之一?；?strong>Apache 2.0許可。
官網(wǎng)：https://www.zephyrproject.org/
代碼倉：https://github.com/zephyrproject-rtos/zephyr
1、Zephyr軟件架構：
Zephyr從下到上大致分為如下幾層：
硬件層：含了實際的硬件設備，如CPU、內存、外設等。這些硬件設備是操作系統(tǒng)運行的基礎和支撐。
硬件抽象層（HAL）：提供了對底層硬件的抽象和封裝，使得操作系統(tǒng)內核和應用程序能夠以一種統(tǒng)一的方式訪問和控制硬件資源。這有助于提高代碼的可移植性和可重用性。
內核層：Zephyr內核是操作系統(tǒng)的核心部分，負責任務調度、內存管理、中斷處理等基本功能。Zephyr提供了兩種內核：微內核（microkernel）和超微內核（nanokernel），用戶可以根據(jù)具體需求選擇使用哪種內核或同時使用兩者。
服務層：提供了一系列系統(tǒng)級的服務，如文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡協(xié)議棧、藍牙協(xié)議棧等。這些服務為應用層提供了必要的支持和接口，使得應用程序能夠更加方便地訪問和使用底層硬件資源。
應用層：包含用戶開發(fā)的各種應用程序。這些應用程序運行在Zephyr操作系統(tǒng)之上，利用操作系統(tǒng)提供的各種服務和接口實現(xiàn)具體功能。
2、Zephyr源碼目錄：
? arch：包含和硬件體系結構相關的代碼，每種平臺占一個相應的目錄。這些目錄中存放了針對不同架構的移植文件，主要是針對不同的CPU進行適配，包括內核的源文件和頭文件（其中包含私有API）等。例如，對于ARM架構，可能會有arch/arm目錄，其中包含針對ARM CPU的適配代碼。
? boards：存放板級代碼及相關的配置文件。開發(fā)板屬于SoC的子集，當我們選中一個開發(fā)板時，也就會自動確認其SoC的型號。此外，該目錄下還包含了板子的設備樹文件，用于描述板上可用資源。
? cmake：包含構建Zephyr所需的額外構建腳本。Zephyr使用CMake作為構建系統(tǒng)，構建過程可分為配置階段和構建階段。
? doc：系統(tǒng)文檔目錄，包含Zephyr的相關文檔和工具。
? drivers：設備驅動目錄，每個不同的驅動占用一個子目錄。Zephyr為各種硬件設備提供了豐富的驅動程序。
? dts：devicetree源文件目錄，用于描述特定板子的設備細節(jié)，如外設寄存器數(shù)量及寄存器地址。這些文件在構建過程中會被用來生成設備樹信息，供操作系統(tǒng)內核使用。
? include：包含所有公共API的頭文件（除了在lib下定義的部分）。這些頭文件為開發(fā)者提供了訪問Zephyr內核和各種組件的接口。
? kernel：與架構無關的內核代碼目錄，包含Zephyr操作系統(tǒng)的核心功能，如線程調度、內存管理等。
? lib：庫代碼目錄，包括最小的標準C庫等。這些庫為Zephyr提供了基本的編程支持。
? misc：不屬于任何其他頂級目錄的雜項代碼。
? modules：提供特定芯片系列的一些外設配置選項。
? samples：演示使用Zephyr特性的示例應用程序目錄。這些示例代碼有助于開發(fā)者快速上手Zephyr并理解其各種特性。
? scripts：用于構建和測試Zephyr應用程序的各種程序和其他文件。
? soc：SoC（System on Chip，片上系統(tǒng)）相關代碼和配置文件目錄。這些目錄中存放了針對不同芯片的外設配置和部分功能初始化代碼。
? subsys：Zephyr子系統(tǒng)目錄，包括USB、網(wǎng)絡、文件系統(tǒng)及藍牙等子系統(tǒng)的代碼。這些子系統(tǒng)為Zephyr提供了豐富的功能和接口。
Zephyr 的特性
1、安全性
安全性是Zephyr RTOS的重要特性之一。它提供了內存保護、安全啟動和加密算法等安全功能，確保設備在面對潛在威脅時能夠保持安全。
2、豐富的連接能力
Zephyr內置高效的TCP/IP網(wǎng)絡棧，支持IPv4/IPv6，以及多種無線協(xié)議，如藍牙(BLE)、Wi-Fi等，滿足現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)設備的各種連接需求。這種廣泛的連接能力使得Zephyr成為構建物聯(lián)網(wǎng)應用的核心操作系統(tǒng)之一。
3、統(tǒng)一的構建系統(tǒng)與設備樹支持
Zephyr提供了統(tǒng)一的構建系統(tǒng)和設備樹支持，簡化了跨平臺開發(fā)流程。
設備樹例子：
有Linux設備樹那味了？
zephyr的設備樹管理和Linux設備樹類似，都采用了樹狀結構來描述硬件資源，兩者都支持通過屬性（properties）來定義硬件設備的各種參數(shù)和配置信息。
Zephyr設備樹與Linux設備樹主要的區(qū)別：
zephyr設備樹主要面向資源受限的嵌入式系統(tǒng)，Zephyr并不直接使用設備樹編譯后的二進制文件（DTB）。相反，它在構建編譯階段通過腳本將設備樹信息轉換為C語言頭文件中的宏定義。這樣，內核和應用程序可以通過調用這些宏定義來訪問設備樹信息，減少了運行時的資源消耗。
Linux設備樹則直接使用設備樹編譯后的DTB文件。在系統(tǒng)啟動時，Linux內核會解析DTB文件，獲取硬件信息并進行板級初始化。這種方式提供了更高的靈活性和實時性。
構建方面Zephyr使用CMake作為構建系統(tǒng)，通過west build命令編譯、鏈接應用程序，并生成可下載到目標設備的固件映像。此外，Zephyr還集成了GDB調試器，與Visual Studio Code、Eclipse等IDE無縫配合，為開發(fā)者提供良好的開發(fā)環(huán)境。
4、高效與靈活性
Zephyr RTOS是一款面向物聯(lián)網(wǎng)的小型、可裁剪的實時操作系統(tǒng)，支持多種硬件平臺（如ARM、x86、RISC-V等）和多種開發(fā)環(huán)境（Windows、Linux、MacOS）。其模塊化設計允許開發(fā)者根據(jù)需求選擇啟用或禁用特定的功能，從而實現(xiàn)輕量級的內核以適應資源受限的硬件（最小資源需求：8KB Flash，5KB RAM）。
這種高度可配置性使得Zephyr在智能家居、工業(yè)自動化、穿戴設備等領域得到廣泛應用。
Zephyr 與RT-Thread、FreeRTOS的對比及其優(yōu)略勢
Zephyr優(yōu)勢
??高效靈活：模塊化設計使得Zephyr能夠根據(jù)需求進行裁剪和配置。
??安全性高：提供多種安全功能和開源許可保障代碼安全。
??連接能力強：支持多種無線協(xié)議和網(wǎng)絡棧滿足物聯(lián)網(wǎng)設備的連接需求。
??社區(qū)活躍：擁有活躍的全球社區(qū)提供持續(xù)的技術更新和支持。
Zephyr劣勢
??相對較新：與FreeRTOS及RT-Thread等RTOS相比，Zephyr的歷史較短且市場認知度有待提高。
??商業(yè)許可問題：雖然Zephyr本身開源免費，但基于Zephyr的商業(yè)項目可能需要考慮其他組件或服務的許可費用。
Zephyr 與 RT-Thread對比
RT-Thread與Zephyr類似，也是一款面向物聯(lián)網(wǎng)的開源RTOS。然而，RT-Thread在生態(tài)系統(tǒng)和社區(qū)支持方面可能略遜于Zephyr。此外，RT-Thread在某些特定領域（如物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)標準制定）的參與度不如Zephyr高。
Zephyr 與 FreeRTOS對比
FreeRTOS是一款輕量級的RTOS，廣泛應用于各種嵌入式系統(tǒng)中。與Zephyr相比，F(xiàn)reeRTOS在資源占用方面可能更加優(yōu)化，但在安全性和模塊化設計方面可能稍顯不足。FreeRTOS的社區(qū)支持也非常活躍，但其在物聯(lián)網(wǎng)領域的專門優(yōu)化和特性可能不如Zephyr豐富。
對于Zephyr，大家怎么看？歡迎留言討論。
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