实时操作系统（Real-Time Operating System,RTOS）有着定制性强、实时性高、占用资源少等优点,被广泛的应用于智慧家庭、智慧农业、智慧城市等领域。微内核是将操作系统的文件系统、网络协议栈等组件隔离在内核之外,内核只保留任务调度、内存管理、进程间通信等组件,这样能够提高设备的可拓展性、灵活性与稳定性,并提供模块化的设计。随着物联网（Internet of Things,IoT）的不断发展,传统RTOS的缺点也不断显现出来,在需要高拓展性与灵活性的应用场合（如:物联网设备程序在线升级、计算卸载中任务快速加载等）显得力不从心。本文设计并实现了一种微内核实时操作系统（Micro-kernel Real Time Operating System,MKRTOS）,该系统在无内存管理单元（Memory Management Unit,MMU）的处理器上支持软件动态加载与链接,能够解决拓展性与灵活性低的问题。本文主要创新如下:1)提出了一种动态加载与动态链接（Dynamic Loading and Dynamic Linking,DL~2）方法。传统的DL~2技术,要求处理器必须支持MMU,对系统的硬件资源要求较高。本文设计了一种DL~2技术,这种技术可以运行于内存很小的设备,并提供良好的程序快速加载支持。本文动态加载文件对比传统的可执行与可链接格式（Executable and Linkable Format,ELF）,体积为传统ELF文件的10.4%～68.4%,执行性能几乎没有损失。将该DL~2技术应用于远程程序升级中时,经过系统实验测试,其升级速度提高了30.6倍。2)设计了一种微内核实时操作系统（Micro-kernel Real Time Operating System,MKRTOS）。基于本文提出的DL~2技术设计并实现MKRTOS,系统内核功能极具精简化,系统组件可被动态载入,利用微内核的优势,通过DL~2技术实现内存复用与快速启动,并采用模块化开发的方式提高系统稳定性。系统在三个功能集的启动时间测试中,启动时间分别减少57.59%、52.55%与47.59%。3)设计了一种边缘微内核实时操作系统（Edge Micro-kernel Real Time Operating System,EMKRTOS）。目前IoT设备所使用的操作系统多数都不支持边缘计算任务的快速加载与卸载,多数研究都聚焦于将任务卸载到计算能力较强的边缘服务器。为此本文在MKRTOS的基础上设计了EMKRTOS,利用DL~2技术能够实现任务的快速加载与卸载,使得IoT设备能够将计算任务卸载到其它IoT设备进行加速,从而实现设备之间的协同计算。在视频解码、视频编码、大素数生成的场景中,利用改进的计算模型与拍卖算法进行计算任务的分配。在仿真实验中,其加速比为816.11%、884.28%、834.87%。在利用硬件设备进行真实场景的实验中,其加速比为41.01%、94.14%、2511.08%。本文所设计与实现的微内核实时操作系统非常适用于硬件资源较少的场合,微内核的优势使得系统的模块化程度高,提高了系统的鲁棒性,并且程序能够以动态库的方式被加载执行,提高了系统的灵活性与可拓展性。