RTOS 介绍

实时操作系统：在mcu 资源有限的情况下(flash,ram 只有kb级), 提供多任务操作的可能。相比裸机程序编程，极大地降低嵌入式应用逻辑开发难度。

• 多数rtos 主要提供任务调试、内存管理、锁机制、信号等功能。有的也提供常用服务组件，比如网络协议栈支持，modbus支持。
• 抢占式调度：高优先级任务可以抢占低优先级任务,不管低优先级任务是否让出CPU。
• freeRTOS,uC/OS-II在消费电子市场占有率极高，国产RT-Thread发展也很不错。

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以下内容采用FreeRTOS

freertos 配制

配置文件FreeRTOSConfig.h 中定义了功能宏，系统参数宏：

• 系统时钟,定义tick的时间 1/configTICK_RATE_HZ(ms)
  #define configTICK_RATE_HZ ( ( portTickType ) 100 )

• 系统调度是否支持抢占
  #define configUSE_PREEMPTION 1

任务调度

• 调度类型

  • RR： 顺序执行模式，每个任务顺序执行完成或主动放弃cpu，执行下一下任务。
  • Time slice [TS]: 时间片模式,将cpu时间等额分割,比如ts = 10ms, 每个任务时间即为ts,不管当前task有没有执行完，ts 时间一到,都会执行下一个任务。
  • Priority [PRI]: 优先级抢占模式，高优先级的task 会优先执行，并且可以抢点低优先级任务。(常用模式，实时性高)

• 抢占式多任务调度举例说明
  优先级说明： ISR > task1 > task2 = task3, ISR 为中断服务，比如GPIO 中断。
  ISR 可以抢占task任务,优先执行(task 未设置临界区)。
  高优先级task1 抢点 低优先级task2任务。

内存管理

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系统时钟

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中断

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栈结构

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程序结构

以freertos 为例,main函数中创建两个任务并开始调度，两个任务分别有自己的优先级，操作系统按优先级执行，MCU 作为单核CPU,一次只能执行一个任务，两个任务交交替执行，CPU 执行频率极高，所以看起来像是并行执行。

与裸机程序相比，任务之间可以独立编写，互不干扰，逻辑清晰。

void sensor_task( void *pvParameters )
{
    do_something();

    while(1) {
        /* 读取传感器数据*/
        sensor_read();

        /* tick 是10ms ,任务休眠1s */
        vTaskDelay(100);
    }
}
void led_task( void *pvParameters )
{
    do_something();

    while(1) {
        /* LED 闪烁 */
        led_toggle();

        /* tick 是10ms ,任务休眠1s */
        vTaskDelay(100);
    }
}

int main(void)
{
    //硬件初使化
    hardware_init();

    /* 创建led 灯闪烁任务，1s 闪一次. */
    xTaskCreate(led_task, "LED Flash", 512, NULL, 5, NULL);

    /* 创建传感器信息收集任务 */
    xTaskCreate(sensor_task, "sensor", 512, NULL, 10, NULL);

    /* 任务开始运行*/
    vTaskStartScheduler();

    /* 此处永远不会执行 */
    return 0;
}