談?wù)凢reeRTOS及其授權(quán)方式

中國嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟/北京麥克泰軟件技術(shù)公司 何小慶

引 言

最近大家都在談?wù)撐锫?lián)網(wǎng)，人人都在做智能硬件，F(xiàn)reeRTOS也似乎被推到了風(fēng)口浪尖，很多MCU芯片公司的開發(fā)板、SDK開發(fā)套件也都移植到了FreeRTOS上。著名的智能手表Pebble OS的內(nèi)核使用了FreeRTOS，博通的WICED Wi-Fi SDK也推薦使用FreeRTOS，到底是什么讓FreeRTOS火起來了？

1 FreeRTOS的起源

FreeRTOS項目是由Richard Barry在英國創(chuàng)建的。Richard大學(xué)時學(xué)習(xí)的是計算機(jī)實時系統(tǒng)專業(yè)，他參與創(chuàng)建過幾個公司，主要專注于工業(yè)自動化、航天和仿真市場。Richard現(xiàn)在是Real Time Engineers Ltd的技術(shù)總監(jiān)、擁有者和FreeRTOS項目的維護(hù)者。

FreeRTOS最初的目標(biāo)是提供一個免費(fèi)的、容易使用的RTOS解決方案。無論使用Windows還是Linux，都不需要特別關(guān)注源代碼文件路徑在哪里，或者調(diào)試環(huán)境如何配置，F(xiàn)reeRTOS都很容易構(gòu)建和運(yùn)行。

FreeRTOS項目大約開始于2003年，每一個版本在正式發(fā)布zip壓縮包之前，都經(jīng)過完整的測試以確保產(chǎn)品的穩(wěn)定，而且壓縮包里面包含一個簡單的入門項目示例，幫助初學(xué)者學(xué)習(xí)和理解。

2 FreeRTOS產(chǎn)品

FreeRTOS是一個RTOS（實時多任務(wù)操作系統(tǒng)）的內(nèi)核，支持近60家公司的140種 MCU（微控制器）和MPU（微處理器），涵蓋8、16、32位架構(gòu)，F(xiàn)reeRTOS支持開發(fā)者使用IAR、GCC和Keil等編譯器預(yù)編譯的工程項目。最近FreeRTOS自己開發(fā)了“FreeRTOS＋TCP”和“FreeRTOS＋FAT”兩個內(nèi)核之上的附加模塊（稱為中間件），這兩個產(chǎn)品在FreeRTOS官網(wǎng)FreeRTOS.org的FreeRTOS lab頁面中可以找到。

目前最新的FreeRTOS壓縮載包的版本是8.2.2，壓縮包解壓后有以下幾個文件目錄：

①FreeRTOS/source包含F(xiàn)reeRTOS實時內(nèi)核的源代碼；

②FreeRTOS/demo包含了FreeRTOS內(nèi)核針對不同嵌入式處理器和編譯器的官方移植和demo項目，比如CORTEX＿LPC1768＿IAR，能夠支持 NXP Cortex LPC1768 MUC使用IAR EW ARM編譯器項目工程文件；

③FreeRTOS-Plus包含F(xiàn)reeRTOS和第三方的中間件，包括：CLI（命令行）、FAT-SL（標(biāo)準(zhǔn)文件庫）、IO（POSIX標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)庫）、NABTO（點對點連接云服務(wù)）、UDP、Trace（內(nèi)核跟蹤分析）和CYASSL（嵌入式SSL）等模塊，開發(fā)者需要注意的是上面產(chǎn)品的授權(quán)方式可能與FreeRTOS不同，請仔細(xì)閱讀對應(yīng)代碼目錄下的授權(quán)文件；

④FreeRTOS-Plus/Demo目錄下包含了FreeRTOS中間件預(yù)配置好的工程文件，有些工程文件需要運(yùn)行在Windows仿真環(huán)境下。

某些第三方的中間件沒有包括在FreeRTOS壓縮包內(nèi)，比如Interniche TCP/IP協(xié)議棧軟件，它包括IPV4/V6和各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用（比如 HTTP/SNMP/FTP）的源代碼和二進(jìn)制版本。FreeRTOS＋Trace是瑞典Percepio公司的商業(yè)軟件，提供FreeRTOS應(yīng)用運(yùn)行時的診斷功能，見圖1。FreeRTOS壓縮包里面提供的是一個Windwos仿真環(huán)境的免費(fèi)版本。WITTENSTEIN High Integrity Systems（WHIS）是一家英國公司，它是Real Time Engineers Ltd（FreeRTOS）官方的商業(yè)合作伙伴，他們開發(fā)的SafeRTOS是基于FreeRTOS技術(shù)、經(jīng)過安全認(rèn)證的實時操作系統(tǒng)內(nèi)核，這些安全認(rèn)證包括EC 61508、EN62304和FDA 510（k）等。

3 FreeRTOS的授權(quán)方式

FreeRTOS內(nèi)核采用的是GPL授權(quán)方式，但它是一個修改后的GPL協(xié)議。FreeRTOS的GPL授權(quán)給了這樣一個例外條件：即這些獨立模塊如果使用的是FreeRTOS API與FreeRTOS進(jìn)行通信，并且這些獨立模塊不涉及內(nèi)核和內(nèi)核調(diào)度，也沒有對任務(wù)、任務(wù)通信和信號量等內(nèi)核功能作出改動，這些模塊可以不按照GPL方式公開源代碼[1]。與通用的GPL條款不同的是：開發(fā)者、芯片公司和設(shè)備制造商不會被要求公開自己與FreeRTOS內(nèi)核不直接相關(guān)模塊（稱為獨立模塊）的源代碼，如應(yīng)用、驅(qū)動和中間件，見圖2。Linux內(nèi)核采用的就是通用GPL條款。

圖1 FreeRTOS＋Trace的診斷功能

圖2 FreeRTOS內(nèi)核授權(quán)方式參考

FreeRTOS demo目錄下的第三方軟件的授權(quán)，不在FreeRTOS內(nèi)核授權(quán)范圍，請閱讀相關(guān)目錄下的授權(quán)文件，比如前面提到的FreeRTOS＋Trace就是一個商業(yè)軟件，只不過在壓縮包里面提供了一個免費(fèi)版本。還有一些在FreeRTOS內(nèi)核源代碼里面，既不屬于FreeRTOS版權(quán)，又不屬于GPL授權(quán)范圍，如芯片公司頭文件（header file）、外設(shè)驅(qū)動（如SPI、中斷和timer等）和編譯器公司的頭文件（如IAR和keil），開發(fā)者和設(shè)備制作商需要聯(lián)系芯片公司了解他們的授權(quán)方式和要求。μIP TCP/IP協(xié)議的作者是Adam Dunkels，作為開源軟件，授權(quán)的細(xì)節(jié)可以從μIP的源代碼文件夾里面獲得。lwIP TCP/IP協(xié)議的擁有者是瑞典計算機(jī)科學(xué)研究所，也是一個開源軟件，授權(quán)細(xì)節(jié)可以從lw IP的源代碼文件夾里面獲得。

另外，F(xiàn)reeRTOS的授權(quán)聲明中還包括了以下條款：除非得到Real Time Engineers Ltd公司允許，任何人不得用于以操作系統(tǒng)運(yùn)行和編譯時間測量為目標(biāo)的出版物，關(guān)于這點研究機(jī)構(gòu)和高校應(yīng)該尤為注意。

為了減少一些企業(yè)和設(shè)備制造商對于GPL授權(quán)條款、技術(shù)支持、服務(wù)和其他知識產(chǎn)品等有關(guān)的法律問題，F(xiàn)reeRTOS還有一種商業(yè)授權(quán)版本（OpenRTOS）可供用戶選擇，OpenRTOS由英國 WITTENSTEIN High Integrity Systems公司提供授權(quán)和技術(shù)支持。表1給出了FreeRTOS和OpenRTOS的比較，據(jù)悉國內(nèi)已經(jīng)有汽車電子企業(yè)在電動汽車項目中購買OpenRTOS商業(yè)授權(quán)。

關(guān)于設(shè)備制造商使用了FreeRTOS之后，如何遵循GPL原則發(fā)布源代碼和聲明文件，可以參考Pebble公司的Pebble OS。Pebble是一家美國著名的智能手表公司，它開發(fā)的智能手表操作系統(tǒng)Pebble OS內(nèi)核是基于FreeRTOS的，因為智能手表App任務(wù)權(quán)限管理的需要，修改了內(nèi)核本身的一些功能（如MPU的管理方式和軟中斷等內(nèi)核功能），因此必須公開修改過的Pebble OS內(nèi)核以及相應(yīng)的說明文檔[2]。

結(jié) 語

FreeRTOS是一個非常容易使用的RTOS，也得到了許多流行的 MCU芯片、開發(fā)板和工具的支持。筆者在2015年春季給北京航空航天大學(xué)軟件學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用專業(yè)開設(shè)的《可穿戴系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)》課程中，就講授了FreeRTOS。Pebble智能手表作為使用了FreeRTOS的典型可穿戴設(shè)備成為課堂案例，課程中的實驗平臺采用了STM32 Nucleo開發(fā)板（Pebble使用的是STM32 Cortex-M3），Nucleo軟件中間件就包含F(xiàn)reeRTOS移植好的源代碼和應(yīng)用工程項目。

表1 FreeRTOS和OpenRTOS的比較

博通公司的WICED Wi-Fi SDK，還有其他公司物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)也在使用FreeRTOS[3]，實時性和尺寸小是FreeRTOS重要的技術(shù)因素，采用GPL授權(quán)方式，更符合互聯(lián)網(wǎng)開放和共享精神，應(yīng)該是更重要的原因。FreeRTOS修改后的GPL條款考慮了芯片、開發(fā)者和設(shè)備商隱私要求，更加合理和富有靈活性，這與Android OS授權(quán)方式有著異曲同工之處[4]。

[1]License detail[EB/OL].[2015-09].http：//www.freertos.org/a00114.html.

[2]FreeRTOS Code Revisions From Pebble[EB/OL].[2015-09].http：//developer.getpebble.com/blog/2014/05/23/FreeRTOS-Modifications-From-Pebble/.

[3]何小慶.物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)淺析[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2015（1）.

[4]何小慶.Linux和Android：哪個是你下一個設(shè)計的正確選擇？[EB/OL].[2015-09].http：//www.eefocus.com/allenhe/blog/13-03/292378＿84176.html.