谈谈FreeRTOS及其授权方式

中国嵌入式系统产业联盟/北京麦克泰软件技术公司 何小庆

引 言

最近大家都在谈论物联网，人人都在做智能硬件，FreeRTOS也似乎被推到了风口浪尖，很多MCU芯片公司的开发板、SDK开发套件也都移植到了FreeRTOS上。著名的智能手表Pebble OS的内核使用了FreeRTOS，博通的WICED Wi-Fi SDK也推荐使用FreeRTOS，到底是什么让FreeRTOS火起来了？

1 FreeRTOS的起源

FreeRTOS项目是由Richard Barry在英国创建的。Richard大学时学习的是计算机实时系统专业，他参与创建过几个公司，主要专注于工业自动化、航天和仿真市场。Richard现在是Real Time Engineers Ltd的技术总监、拥有者和FreeRTOS项目的维护者。

FreeRTOS最初的目标是提供一个免费的、容易使用的RTOS解决方案。无论使用Windows还是Linux，都不需要特别关注源代码文件路径在哪里，或者调试环境如何配置，FreeRTOS都很容易构建和运行。

FreeRTOS项目大约开始于2003年，每一个版本在正式发布zip压缩包之前，都经过完整的测试以确保产品的稳定，而且压缩包里面包含一个简单的入门项目示例，帮助初学者学习和理解。

2 FreeRTOS产品

FreeRTOS是一个RTOS（实时多任务操作系统）的内核，支持近60家公司的140种 MCU（微控制器）和MPU（微处理器），涵盖8、16、32位架构，FreeRTOS支持开发者使用IAR、GCC和Keil等编译器预编译的工程项目。最近FreeRTOS自己开发了“FreeRTOS＋TCP”和“FreeRTOS＋FAT”两个内核之上的附加模块（称为中间件），这两个产品在FreeRTOS官网FreeRTOS.org的FreeRTOS lab页面中可以找到。

目前最新的FreeRTOS压缩载包的版本是8.2.2，压缩包解压后有以下几个文件目录：

①FreeRTOS/source包含FreeRTOS实时内核的源代码；

②FreeRTOS/demo包含了FreeRTOS内核针对不同嵌入式处理器和编译器的官方移植和demo项目，比如CORTEX＿LPC1768＿IAR，能够支持 NXP Cortex LPC1768 MUC使用IAR EW ARM编译器项目工程文件；

③FreeRTOS-Plus包含FreeRTOS和第三方的中间件，包括：CLI（命令行）、FAT-SL（标准文件库）、IO（POSIX标准外设库）、NABTO（点对点连接云服务）、UDP、Trace（内核跟踪分析）和CYASSL（嵌入式SSL）等模块，开发者需要注意的是上面产品的授权方式可能与FreeRTOS不同，请仔细阅读对应代码目录下的授权文件；

④FreeRTOS-Plus/Demo目录下包含了FreeRTOS中间件预配置好的工程文件，有些工程文件需要运行在Windows仿真环境下。

某些第三方的中间件没有包括在FreeRTOS压缩包内，比如Interniche TCP/IP协议栈软件，它包括IPV4/V6和各种网络应用（比如 HTTP/SNMP/FTP）的源代码和二进制版本。FreeRTOS＋Trace是瑞典Percepio公司的商业软件，提供FreeRTOS应用运行时的诊断功能，见图1。FreeRTOS压缩包里面提供的是一个Windwos仿真环境的免费版本。WITTENSTEIN High Integrity Systems（WHIS）是一家英国公司，它是Real Time Engineers Ltd（FreeRTOS）官方的商业合作伙伴，他们开发的SafeRTOS是基于FreeRTOS技术、经过安全认证的实时操作系统内核，这些安全认证包括EC 61508、EN62304和FDA 510（k）等。

3 FreeRTOS的授权方式

FreeRTOS内核采用的是GPL授权方式，但它是一个修改后的GPL协议。FreeRTOS的GPL授权给了这样一个例外条件：即这些独立模块如果使用的是FreeRTOS API与FreeRTOS进行通信，并且这些独立模块不涉及内核和内核调度，也没有对任务、任务通信和信号量等内核功能作出改动，这些模块可以不按照GPL方式公开源代码[1]。与通用的GPL条款不同的是：开发者、芯片公司和设备制造商不会被要求公开自己与FreeRTOS内核不直接相关模块（称为独立模块）的源代码，如应用、驱动和中间件，见图2。Linux内核采用的就是通用GPL条款。

图1 FreeRTOS＋Trace的诊断功能

图2 FreeRTOS内核授权方式参考

FreeRTOS demo目录下的第三方软件的授权，不在FreeRTOS内核授权范围，请阅读相关目录下的授权文件，比如前面提到的FreeRTOS＋Trace就是一个商业软件，只不过在压缩包里面提供了一个免费版本。还有一些在FreeRTOS内核源代码里面，既不属于FreeRTOS版权，又不属于GPL授权范围，如芯片公司头文件（header file）、外设驱动（如SPI、中断和timer等）和编译器公司的头文件（如IAR和keil），开发者和设备制作商需要联系芯片公司了解他们的授权方式和要求。μIP TCP/IP协议的作者是Adam Dunkels，作为开源软件，授权的细节可以从μIP的源代码文件夹里面获得。lwIP TCP/IP协议的拥有者是瑞典计算机科学研究所，也是一个开源软件，授权细节可以从lw IP的源代码文件夹里面获得。

另外，FreeRTOS的授权声明中还包括了以下条款：除非得到Real Time Engineers Ltd公司允许，任何人不得用于以操作系统运行和编译时间测量为目标的出版物，关于这点研究机构和高校应该尤为注意。

为了减少一些企业和设备制造商对于GPL授权条款、技术支持、服务和其他知识产品等有关的法律问题，FreeRTOS还有一种商业授权版本（OpenRTOS）可供用户选择，OpenRTOS由英国 WITTENSTEIN High Integrity Systems公司提供授权和技术支持。表1给出了FreeRTOS和OpenRTOS的比较，据悉国内已经有汽车电子企业在电动汽车项目中购买OpenRTOS商业授权。

关于设备制造商使用了FreeRTOS之后，如何遵循GPL原则发布源代码和声明文件，可以参考Pebble公司的Pebble OS。Pebble是一家美国著名的智能手表公司，它开发的智能手表操作系统Pebble OS内核是基于FreeRTOS的，因为智能手表App任务权限管理的需要，修改了内核本身的一些功能（如MPU的管理方式和软中断等内核功能），因此必须公开修改过的Pebble OS内核以及相应的说明文档[2]。

结 语

FreeRTOS是一个非常容易使用的RTOS，也得到了许多流行的 MCU芯片、开发板和工具的支持。笔者在2015年春季给北京航空航天大学软件学院物联网技术与应用专业开设的《可穿戴系统设计与实现》课程中，就讲授了FreeRTOS。Pebble智能手表作为使用了FreeRTOS的典型可穿戴设备成为课堂案例，课程中的实验平台采用了STM32 Nucleo开发板（Pebble使用的是STM32 Cortex-M3），Nucleo软件中间件就包含FreeRTOS移植好的源代码和应用工程项目。

表1 FreeRTOS和OpenRTOS的比较

博通公司的WICED Wi-Fi SDK，还有其他公司物联网操作系统也在使用FreeRTOS[3]，实时性和尺寸小是FreeRTOS重要的技术因素，采用GPL授权方式，更符合互联网开放和共享精神，应该是更重要的原因。FreeRTOS修改后的GPL条款考虑了芯片、开发者和设备商隐私要求，更加合理和富有灵活性，这与Android OS授权方式有着异曲同工之处[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]何小庆.物联网操作系统浅析[J].单片机与嵌入式系统应用，2015（1）.

[4]何小庆.Linux和Android：哪个是你下一个设计的正确选择？[EB/OL].[2015-09].http：//www.eefocus.com/allenhe/blog/13-03/292378＿84176.html.