在智能終端、物聯(lián)網(wǎng)、安全設(shè)備等高速發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)主流#RTOS在多平臺(tái)移植、協(xié)議棧、安全性等方面需要投入較多精力，更可靠、更現(xiàn)代、更安全成為了實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)未來(lái)發(fā)展的主流方向。其中，RA系列MCU+Zephyr可能是更符合發(fā)展趨勢(shì)的解決方案。

一

什么是Zephyr?

#Zephyr是一款由Linux基金會(huì)主導(dǎo)，專(zhuān)為嵌入式設(shè)備設(shè)計(jì)的開(kāi)源實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）。它與傳統(tǒng)RTOS最大的區(qū)別在于：Zephyr不只是一個(gè)調(diào)度內(nèi)核（Kernel），而是一個(gè)完整的嵌入式軟件開(kāi)源平臺(tái)。這就使得它可以提供便于移植的一站式解決方案，在生態(tài)方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，吸引了越來(lái)越多開(kāi)發(fā)者和企業(yè)的目光。

點(diǎn)擊可查看大圖

二

Zephyr的特點(diǎn)

1、統(tǒng)一的跨平臺(tái)RTOS

一個(gè)Zephyr內(nèi)核同時(shí)支持多種不同MCU的架構(gòu)，包括ARM（Cortex-M、Cortex-R、Cortex-A）、x86、RISC-V、ARC、Xtensa等，這使得應(yīng)用驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)者只需專(zhuān)注于應(yīng)用層代碼的實(shí)現(xiàn)而不必為不同硬件反復(fù)移植代碼驅(qū)動(dòng)。

2、全功能一體化

自帶驅(qū)動(dòng)框架、文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧（TCP/IP、Bluetooth、LoRa、Zigbee）、安全組件等，無(wú)需依賴(lài)其他外部中間件、軟件即可實(shí)現(xiàn)大部分應(yīng)用功能需求。

3、模塊化與高度可配置性

Zephyr采用的模塊化設(shè)計(jì)允許開(kāi)發(fā)者根據(jù)項(xiàng)目需求包含或裁剪系統(tǒng)組件，優(yōu)化資源占用。其本體所占占用的空間非常小，非常適合在資源受限的設(shè)備上使用，同時(shí)開(kāi)發(fā)者也可以通過(guò)#Kconfig和#Devicetree配置系統(tǒng)，在編譯時(shí)定義所需資源和模塊，拓展自己所需要的復(fù)雜功能。

4、安全性能

Zephyr提供線程隔離、內(nèi)存保護(hù)、用戶(hù)空間支持等安全特性，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。這些機(jī)制在傳統(tǒng)主流RTOS中較為罕見(jiàn)，使Zephyr更適合對(duì)安全性有較高要求的應(yīng)用場(chǎng)景。

5、開(kāi)源且活躍的社區(qū)生態(tài)

作為一款開(kāi)源軟件，用戶(hù)可以需要自由修改并分享，使其成為需要自定義RTOS或?qū)⑵渑c其他開(kāi)源軟件集成的良好選擇。此外，背靠Linux基金會(huì)，Zephyr擁有目前最活躍的貢獻(xiàn)者社區(qū)，擁有非常豐富的資源和支持。

三

RA系列MCU+Zephyr的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

1、超低功耗，節(jié)能拓展

RA家族均具有極低的核心功耗，如RA6M4和RA6M5，核心運(yùn)行CoreMark基準(zhǔn)測(cè)試時(shí)，功耗分別低至約99μA/MHz（200MHz）和107μA/MHz（200MHz）。RA0/RA2系列則可進(jìn)一步降至 64μA/MHz，待機(jī)模式下功耗僅為0.2μA，極適合電池供電、可穿戴及遠(yuǎn)程傳感場(chǎng)景。

而Zephyr內(nèi)核原生支持tick-less模式及動(dòng)態(tài)電壓頻率調(diào)整（VDD control），與RA MCU的快速喚醒機(jī)制（30μs）高度契合，實(shí)現(xiàn)亞毫秒級(jí)響應(yīng)的同時(shí)維持最低待機(jī)功耗。RA+Zephyr雙生態(tài)意味著無(wú)需增加外部管理器，即可在受限資源下運(yùn)行復(fù)雜協(xié)議?；騻鞲袘?yīng)用。

2、豐富接口，輕松直連

RA系列可選集成BLE、USB（FS/HS）、CAN/CAN?FD、Ethernet等通信接口，Zephyr借助其原生協(xié)議棧（TCP/IPv4/IPv6、MQTT、CoAP、LwM2M、Bluetooth LE（Host+Controller）、CAN-FD等）提供統(tǒng)一調(diào)用接口。這種從硬件到軟件生態(tài)的緊密集成使得開(kāi)發(fā)者無(wú)需引入第三方?；蜻m配層，從底層到云端都能實(shí)現(xiàn)高效易建的通信。

3、硬核安全，無(wú)須外掛

RA6和RA8系列均內(nèi)建Arm-TrustZone和Renesas SCE9安全加密引擎，支持AES/GCM、SHA/HMAC、ECC/DSA、TRNG等，同時(shí)配有獨(dú)立RAM作為密鑰存儲(chǔ)區(qū)域，確保密鑰不會(huì)外泄，即便總線被旁路嗅探也無(wú)法截獲。

而Zephyr已集成PSA Crypto API與平臺(tái)兼容的MCUboot啟動(dòng)加載，配合RA的#TrustZone硬件隔離支持，實(shí)現(xiàn)鏡像簽名驗(yàn)證、鏈?zhǔn)絩oot-of-trust、OTA安全升級(jí)等功能。整個(gè)安全鏈從BOOT到應(yīng)用沙箱與密鑰管理系統(tǒng)均可“軟硬一體”。

4、官方支持，共赴未來(lái)

瑞薩是Zephyr項(xiàng)目的白金會(huì)員，支持RA、RX MCU和RZ MPU系列設(shè)備和開(kāi)發(fā)板。在RA上，提供RA系列幾乎全主流產(chǎn)品的軟件工具包（SDK），并針對(duì)RA系列不同產(chǎn)品的主流應(yīng)用場(chǎng)景有不同的可復(fù)用的硬件設(shè)計(jì)（HWIP）支持：

RA4系列代表板如RA4E1，Zephyr已實(shí)現(xiàn)GPIO、UART、SPI、I2C、PWM、ADC、DAC等核心外設(shè)的穩(wěn)定驅(qū)動(dòng)，適合基礎(chǔ)控制與低功耗應(yīng)用。

RA6系列如RA6M5則進(jìn)一步引入了以太網(wǎng)MAC驅(qū)動(dòng)，支持USB Full-Speed，實(shí)現(xiàn)了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)通信能力，助力工業(yè)以太網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。

到了RA8系列，Zephyr擴(kuò)展支持了高速USB Host/Device、GMAC以太網(wǎng)、CAN-FD、Octo-SPI外部閃存、圖形顯示控制器等復(fù)雜外設(shè)，滿(mǎn)足日益發(fā)展的高性能圖形界面和工業(yè)通信需求。

最新軟硬件支持情況，您可掃描下方二維碼或復(fù)制鏈接到瀏覽器查看。

Renesas RA Zephyr Support · renesas/zephyr Wiki · GitHub

https://github.com/renesas/zephyr/wiki/Renesas-RA-Zephyr-Support

在未來(lái)，隨著RA系列硬件的不斷升級(jí)，瑞薩仍將持續(xù)為zephyr提供更為廣泛而全面的支持，持續(xù)推動(dòng)軟硬件深度融合，為#智能終端、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、安全設(shè)備等領(lǐng)域帶來(lái)更靈活、高效的嵌入式操作系統(tǒng)解決方案，打造專(zhuān)屬于瑞薩+Zephyr的生態(tài)。

點(diǎn)擊可查看大圖

當(dāng)然，歡迎開(kāi)發(fā)者與瑞薩及Zephyr社區(qū)共同參與生態(tài)建設(shè)，一起討論和解決面對(duì)的問(wèn)題，一起從Zephyr的發(fā)展中受益！

四

Zephyr快速上手

由于Zephyr架構(gòu)的特殊性，目前Zephyr并不能像其他RTOS一樣在單一集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）中進(jìn)行直接編譯與開(kāi)發(fā)。

Zephyr的開(kāi)發(fā)基于West+CMake+Ninja+工具鏈的命令行（可用Powershell、VScode）構(gòu)建體系，并通過(guò)設(shè)備樹(shù)（Devicetree）和Kconfig來(lái)統(tǒng)一硬件描述與功能配置，有點(diǎn)類(lèi)似于Linux內(nèi)核的開(kāi)發(fā)方式，強(qiáng)調(diào)跨平臺(tái)和模塊化，且項(xiàng)目可在多種MCU與操作系統(tǒng)環(huán)境中無(wú)縫遷移。

這種開(kāi)發(fā)方式對(duì)于此前完全沒(méi)有接觸過(guò)Linux的開(kāi)發(fā)者并不友好。因此瑞薩提供了一段快速入門(mén)的視頻，使得即便是新手也可以快速搭建起自己Zephyr項(xiàng)目并實(shí)現(xiàn)“Hello World”的輸出。

鏈接如下，您可掃描下方二維碼或復(fù)制鏈接到瀏覽器查看。

Zephyr RTOS | Renesas 瑞薩電子

https://www.renesas.cn/zh/products/microcontrollers-microprocessors/ra-cortex-m-mcus/ra-partners/zephyr-rtos?queryID=366270c388df49d34eb81d8c41b08875#videos_training

除此之外，開(kāi)發(fā)者們也可以遵循Zephyr官方的指導(dǎo)，開(kāi)啟自己的Zephyr探索之旅。

鏈接如下，您可掃描下方二維碼或復(fù)制鏈接到瀏覽器查看。

Getting Started Guide — Zephyr Project Documentation

https://docs.zephyrproject.org/latest/develop/getting_started/index.html

技術(shù)支持：瑞薩技術(shù)論壇

https://community-ja.renesas.com/zh/forums-groups/mcu-mpu/

RA生態(tài)工作室網(wǎng)站

中文開(kāi)發(fā)資料、文章

免費(fèi)樣品/開(kāi)發(fā)板申請(qǐng)

https://www.ramcu.cn/