ARM 操作系统

ARM，最初是“Acorn RISC Machine”的缩写，是一系列精简指令集计算（RISC）架构，广泛应用于移动设备、嵌入式系统，并且越来越多地用于服务器和台式机。由于 ARM 在每瓦特性能方面的优势，它已成为许多设备的架构首选。但 ARM 处理器需要专门的操作系统（OS）来充分发挥其潜力。本文将探讨 ARM 操作系统提供的功能、可用选项以及受益于 ARM 架构的行业。

为什么需要 ARM 操作系统？

ARM 的独特架构促使了操作系统类型的开发，以利用其低功耗和高效率的可扩展性能。基于 ARM 的操作系统是众多设备的骨干，包括普通手机、大量的物联网设备，直至超级计算机。ARM 操作系统专业化的部分原因如下：

1. 能效： ARM 重点关注功耗效率，这对于电池供电设备尤其有用。如果功耗过高，则无法充分利用 ARM 设计的低功耗优势。
2. 模块化： 大多数基于 ARM 的系统都最小化了 OS 功能，以适应特定应用。ARM 拥有相关的模块化和可配置的操作系统集。
3. 可扩展性： ARM 架构涵盖多种设备类型，从微控制器到高性能计算系统，这些系统都需要灵活的 OS 来适应不同的性能水平。
4. 跨平台兼容性： ARM 处理器广泛应用于许多行业，因此 ARM 操作系统支持广泛的应用非常重要，从基于 Linux 的系统到专门的实时操作系统（RTOS）。

ARM 的流行操作系统

通用操作系统和面向实时应用的 RTOS 都可以与 ARM 一起使用。以下是一些在 ARM 架构上支持的主流操作系统：

1. Linux（Ubuntu、Debian 等）

Linux 在 ARM 平台、特别是嵌入式系统、物联网以及服务器上非常灵活且流行。ARM 处理器提供功能齐全的 Ubuntu 和 Debian 版本，这意味着小型 ARM 设备可以使用通用操作系统执行复杂任务。Linux 甚至有轻量级的、小型的 ARM 实现，例如运行在 Raspberry Pi 板上的 Raspbian。

1. Ubuntu： 为 ARM 提供了完整的桌面体验，并且在基于 ARM 的服务器上越来越受欢迎。
2. Debian： 其稳定性众所周知，它是许多 ARM Linux 发行版的基础。
3. Raspbian： 专为 Raspberry Pi 设计，提供了轻量级的教育/开发环境。

2. Android

Android OS 也基于定制版本的 Linux 内核，但它针对 ARM 架构进行了优化，因为大多数智能手机和平板设备都使用 ARM 架构。Android 已成为 ARM 上最杰出的操作系统之一，在全球数十亿移动设备中占据主导地位。

1. Android Go： Android Go 是 Android 的简化版本，面向入门级设备，有助于确保低端硬件上拥有 ARM 支持。
2. Wear OS： Android 的一个版本，专为通常使用 ARM 处理器的可穿戴设备进行了优化。

3. Microsoft Windows（ARM 版 Windows 10 和 11）

微软已将 Windows 引入 ARM 计算机（ARM 版 Windows 10）。这是一款支持 ARM 架构的操作系统，可以提供类似 Windows 的体验，因此您可以拥有由高通骁龙等 ARM 芯片驱动的笔记本电脑或平板电脑。

1. ARM 版 Windows 10： 提供与 Windows 应用程序的兼容性，但并非完全支持旧版 软件。
2. ARM 版 Windows 11： 提供了更好的 x86 和 x64 模拟支持，扩展了可以在 ARM 系统上运行的应用程序数量。

4. iOS 和 iPadOS

同样，由于其背景，Apple 的 iOS 和 iPadOS 是为 ARM 架构设计的，因为新的 M 系列 Mac 和 A 系列 iPhone 和 iPad 都使用 ARM 架构。这些 OS 经过专门设计，以利用 ARM 的功耗和性能优势。

5. RTOS（实时操作系统）

RTOS 被部署在对时间敏感的应用中，但不限于汽车、医疗设备和工业设备。一些支持 ARM 的著名 RTOS 列在下面：

1. FreeRTOS： 一个开源的实时操作系统，常用于物联网和嵌入式应用。
2. ARM Mbed OS： 由 ARM 专门为物联网应用开发，提供高效率和低延迟。
3. ThreadX： 广泛用于消费电子产品和其他需要极短响应时间的应用。

6. 其他（专用和实验性）

许多其他操作系统也兼容 ARM，包括专用系统和实验性操作系统。

1. Chrome OS： 在 Chromebook 上使用基于 ARM 的芯片，利用 ARM 的能效优势来运行面向 Web 的应用程序。
2. NetBSD： 以其可移植性而闻名，支持 ARM，并用于嵌入式系统。
3. Tizen： 一个开源 OS，主要用于三星设备，针对基于 ARM 的物联网应用进行了优化。

ARM 操作系统的挑战

虽然 ARM 操作系统提供了许多优势，但它们也面临挑战。

1. 兼容性： 对于较旧的或 x86 应用程序尤其如此，并非所有软件都针对 ARM 架构进行了优化。这限制了一部分应用程序的运行。
2. 碎片化： ARM 被用于许多不同的领域，这意味着 OS 开发人员必须支持该架构的多种变体，这增加了复杂性。
3. 开发和支持： 因此，需要专门的团队来维护和更新 ARM 操作系统，特别是对于运行在物联网和嵌入式设备上的专有或定制操作系统。

ARM 操作系统的未来

随着我们看到 ARM 处理器深入渗透到高端和低端应用中，ARM 操作系统的重要性将在各个领域得到扩展。随着云提供商拥抱 ARM，以及苹果在高端 ARM 设备上紧密集成硬件，支持 ARM 的操作系统生态系统可能会随着 ABI 级兼容性的扩展（从而扩展支持和性能）而扩大。