NuttX实时操作系统介绍(最详细)

比起安卓、iOS、鸿蒙等，NuttX知名度不算高，该系统于2007年由Gregory Nutt先生正式开源。发展至今，NuttX以功能丰富、性能稳定、商业化成熟度高赢得了市场的认可。

NuttX是一个成熟的实时操作系统，于07年由Gregory Nutt先生正式开源，2016年被三星选为TizenRT操作系统的内核，2019年在小米的推动下正式进入Apache基金会，经过开源社区多年的不懈努力，NuttX功能丰富，性能稳定，商业化成熟度高，Fitbit最近两代的手环产品和索尼多款消费级产品都是基于NuttX开发的。

NuttX可运行于各种处理器架构和硬件平台上，包括ARM、MIPS、AVR等其重点遵从特定的标准并且尽量可伸缩良好且可适应从8位到32位单片机环境，在stm32上也能跑。Nuttx主要遵循的标准是 Posix和ANSI标准。

官网：https://nuttx.apache.org/

既生瑜何生亮

既然有成熟稳定的linux系统，既生瑜何生亮？使用Nuttx系统的意义和价值在哪里？

linux系统虽然好，但对当下乃至未来很火的物联网领域未必很合适。

对系统资源的要求远小于Linux，但是可以提供和Linux系统相近的功能和性能，可以被看作很多低端Linux系统的替代方案。

功能高度可裁剪，可以支持系统资源使用跨度极大的各种产品形态，开发者可根据实际需求对系统进行定制。

由于它对POSIX接口的兼容，Linux平台上现有的开源库和组件都可以很方便的移植，另外由于软件平台对硬件平台作出了隔离和统一，因此厂商的上层应用代码在移植到不同硬件平台时也可以更好的复用。

NuttX本身提供了丰富的OS组件，所以应用开发者可以利用丰富的OS组件和应用框架，快速的完成系统的定制和应用的开发，减少开发成本，让产品更快的投放市场。

举个简单的例子来说，无论linux怎样裁剪，启动速度都不会很快。如倒车影像和行车记录仪等产品，要求几秒内就启动的linux做不到。linux上的开源软件虽多，但是有些碎片化，不是拿来直接就能用的，只能算是底座。还有实时性上linux的实时性可能不满足一些场景的需要。

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。