MCU跑RTOS相比裸机的优势.docx

经常.有读者何关于RTOS的问题，比如：我现在要不要学习RTOS?学习RTOS有什么好处？我的项目要不要蹈RTas?问这些问题，其实归根结底还是对RTOS理解的不够，项目开发的经验还不足等。针对这部分朋友，今天分享几点相关内容：嵌入式系统中，有很多方式实现任务调度,功能有限的小系统中，无限循环足够实现小系统的功能。当软件设计变得庞大且发杂时，开发者应该考虑使用实时操作系统RTOS.下面给大家分享几点RTOS相比裸机的优势:1 .硬实时响应基于优先级抢占的RTOS，根据任务的实时需求,执行优先调度.有严格时序限制的任务可以优先执行，提高应用程序对时间关键事件的晌应,2 .系统性能最大化针对大型的、或杂的嵌入武应用,使用一个事件第动的RToS来替代基于轮谕的超箱环结构，可以生成一个更有效的设计，更小的存储占用,应用可以获得更多的处理器时间。3 .降低反杂度RTOS允许应用划分为一个个小的自主运行的任务.任务执行自己的上下文中，不依腺其它任务或调度器.4 .高峰负或管理RTOS提供了为管理系统高峰活动提供了一个有效的方法.更高的优先级分配给执行峥值负载活动的任务，确保他们在临界时间内访问处理器，在此期间，较低优先级的任务被延迟.工紧密集成的中间件RToS的模块化设计使得它可以很容易的增加中间件.中间件组件以任务和明动的方式增加.他们使用RTOS提供的资源与其它任务通信.基于相应的事件被RTOS询度.6 .更大的开发团队每个任务可以被认为是一个项目。通过RTOS提供的资源（队列、信号道等）来定义输入输出.将系统定义为一个个的任务，可以更容易的部署更多开发人员到一个项目.7 .易于调试和验证系统划分为功能明确的任务，不依赖其它任务。在整个系统失成之前，可以很容易的调试和验证每个任务.8 .代码Ift用RToS系统中的模块化设计，鼓励将软件功能创建为独立的、聆证过的任务，其独立性使用在其它设计中用用这些模块变得很简单.现在ZCU资源相比以前更多了，很多场景都适合跑RToS,当然，也有少部分场景跑裸机就够了。为了让更多小伙伴明白裸机和RTOS,我们再来分享一下裸机系统和RToS多线程系统的原理.逻辑系统裸机系统通常分成轮询系统和前后台系统。U轮询系统轮询系统即是在裸机编程的时候，先初始化好相关的硬件，然后让主程序在一个死循环里面不断循M.顺序地做各种事情，大概的伪代码具体如代码清单所示：intmain(void)/*硬件相关初始化*/HardBare1.nitO：/*无限循环*/for(;：)(/*处理事情1»/DoSoinething1.()：/*处理事情2/DoSoincthingg2();/处理事情3*/DoSomethinggSO：)轮询系统是一种非常简单的软件结构，通常只适用于那些只需要顽序执行代码F1.不需要外部事件来驱动的就能完成的事情.在代码清单IT中，如果只是实现1.ED晶转,申口输出，液品显示等这些操作，那么使用轮询系统将会非常完美。但是,如果加入了按出操作等需要检测外部信号的事件,用来模拟紧急报警,那么整个系统的实时响应能力就不会那么好了。假设DoSomcthinag3是按键扫描.当外部按裸被按下,相当于一个警报,这个时候，需要立马响应，并做紧急处理,而这个时候程序刚好执行到DOSOmCIhing81,要命的是DOSomethingR1.需要执行的时间比较久，久到按键和放之后都没有执行完毕，那么当执行到DoSomethinggS的时候就会丢失掉一次事件.足见，轮询系统只适合顺序执行的功能代码，当有外部事件骈动时，实时性就会降低。2、前后台系统相比轮询系统，前后台系统是在轮询系统的挺础上加入了中断。外部事件的阴应在中断里面完成.事件的处理还是回到轮训系统中完成，中断在这里我们称为前台，main函数里面的无限筛环我们称为后台，大概的伪代玛见代码清单所示：intf1.ag1.=0;intf1.ag2=0：intf1.ag3=0;intmain(void)/»硬件相关初始化/HardWare1.nitO：/*无限循M'*/if(f1.ag1.)/*处理事情I/DoSomething1.();if(f1.ag2)/*处理事情2*/DoSomcthingRZO：if(f1.ag3)/*处理，情3*/DoSomethingg3()：/置位标志位/f1.ag1.=1；/*如果事件处理时间很短,则在中断里面处理如果事件处理时间比较长，在回到后台处理*/DoSomething1.()：)voidISR2(void)/置位标志位*/f1.ag2=2：/*如果事件处理时间很短，则在中断里面处理如果事件处理时间比较长,在回到后台处理*/DoSomethingZO：voidISR3(void)/置位标志位*/f1.ag3=1;/*如果事件处理时间很加.，则在中断里面处理如果零件处理时间比较长，在回到后台处理*/DoSomething3();在顺序执行后台程序的时候，如果有中断来临，那么中断会打断后台程序的正常执行流.转而去执行中断服务程序，在中断服务程序里面标记事件，如果事件要处理的事情很简短，则可在中断服务程序里面处理，如果，件要处理的事情比较多，则返回到后台程序里面处理.显然事件的响应和处理是分开了,但是事件的处理还是在后台里面顺序执行的，但相比轮询系统，前后台系统确保了事件不会丢失，再加上中断具有可嵌亮的功能，这可以大大的提高程序的实时响应能力.在大多数的中小型项目中,前后台系统运用的好.堪称有操作系统的效果.多线程系统相比前后台系统,多线程系统的，件响应也是在中断中完成的，但足事件的处理是在线程中完成的.在多线程系统中.线程跟中断一样，也具有优先级，优先级高的线程会被优先执行。当-个紧急的事件在中断被标记之后，如果事件时应的线程的优先级足够高，就会立马得到响应。相比前后台系统，多线程系统的实时性乂被提岛了.多线程系统大概的伪代码具体见代码清单所示：intf1.ag1.=0：intf1.ag2=0：intf1.ag3=0;intmain(void)/*硬件相关初始化*/HardiareInit();/OS初始化*/RTOS1.nitO:/OS启动，开始多线程调度，不再返回/RTOSStartO;/置位标志位/f1.ag1.=1；void1.SR2(voi<1.)/»置位标志位*/f1.ag2=2：void1.SR3(void)/»置位标志位*/f1.ag3=1;voidDoSomething1.(Void)/*无限循环，不能返回*/if(f1.ag!)(voidDoSomething2(void)*无限循W,不能返回/for(：)/线程实体/if(f1.ag2)voidDoSomething3(void)/无限循环，不能返回*/相比前后台系统中后台喉序执行的程序主体,在多线程系统中，根据程序的功能.我们把这个程序主体分割成一个个独立的，无限循环I1.不能返回的小程序，这个小程序我们称之为线程.每个线程都是独立的，互不T扰的，且具备自身的优先级，它由操作系统调度管理.加入操作系统后，我们在痂程的时候不需要精心地去设计程序的执行流，不用担心每个功镇模块之间是否存在干扰.加入了操作系统，我们的编程反而变斛简单了.整个系统随之带来的额外开销就是操作系统占据的那一丁点的Ir1.ASH和RAM.现如今，单片机的F1.ASH和RAM是越来越大，完全足以抵挡RTOS那点开销.轮询、前后台和多线程系统软件模型区别:模型事件响应事件处理特点轮询系统主程序主程序轮询响应事件.轮询处理事件前后分系统中断主程序实时响应事件.轮询处理事件多线程系统中断线程实时响应小件实时处理巾件