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為什么要學習 RTOS

在大學里一般電子信息專業的最后大部分都進入嵌入式這個領域，入門首先接觸的是單片機編程，尤其是C51單片機，基礎的單片機編程通常都是指裸機編程，即不加入任何 RTOS(Real Time Operating System 實時操作系統)。常用的有國外的FreeRTOS、μC/OS、RTX 和國內的 RT-thread、Huawei LiteOS 和 AliOS-Things 等，其中開源且免費的 FreeRTOS 的市場占有率極高。在工作中用的最多的就是FreeRTOS，免費也沒有版權誰不喜歡用呢？

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裸機系統

1、輪詢系統

輪詢系統即是在裸機編程的時候，先初始化好相關的硬件，然后讓主程序在一個死循環里面不斷循環，順序地做各種事情。裸機系統通常分成輪詢系統和前后臺系統。

intmain(void)
{
/*硬件相關初始化*/
HardWareInit();

/*無限循環*/
for(;;){
/*處理事情1*/
DoSomething1();

/*處理事情2*/
DoSomethingg2();

/*處理事情3*/
DoSomethingg3();
}
}

輪詢系統是一種非常簡單的軟件結構，通常只適用于那些只需要順序執行代碼且不需要外部事件來驅動的就能完成的事情。在代碼清單中，如果只是實現LED翻轉，串口輸出，液晶顯示等這些操作，那么使用輪詢系統將會非常完美。但是，如果加入了按鍵操作等需要檢測外部信號的事件，用來模擬緊急報警，那么整個系統的實時響應能力就不會那么好了。

假設DoSomethingg3是按鍵掃描，當外部按鍵被按下，相當于一個警報，這個時候，需要立馬響應 ， 并做緊急處理 ， 而這個時候程序剛好執行到DoSomethingg1， 要命的是DoSomethingg1需要執行的時間比較久，久到按鍵釋放之后都沒有執行完畢，那么當執行到DoSomethingg3的時候就會丟失掉一次事件。足見，輪詢系統只適合順序執行的功能代碼，當有外部事件驅動時，實時性就會降低。

2、前后臺系統

在裸機系統中，所有的操作都是在一個無限的大循環里面實現,支持中斷檢測。外部中斷緊急事件在中斷里面標記或者響應，中斷服務稱為前臺，main 函數里面的while(1)無限循環稱為后臺，按順序處理業務功能，以及中斷標記的可執行的事件。小型的電子產品用的都是裸機系統，而且也能夠滿足需求。

intflag1=0;
intflag2=0;
intflag3=0;

intmain(void)
{
/*硬件相關初始化*/
HardWareInit();

/*無限循環*/
for(;;){
if(flag1){
/*處理事情1*/
DoSomething1();
}

if(flag2){
/*處理事情2*/
DoSomethingg2();
}

if(flag3){
/*處理事情3*/
DoSomethingg3();
}
}
}

voidISR1(void)
{
/*置位標志位*/
flag1=1;
/*如果事件處理時間很短，則在中斷里面處理
如果事件處理時間比較長，在回到后臺處理*/
DoSomething1();
}

voidISR2(void)
{
/*置位標志位*/
flag2=2;

/*如果事件處理時間很短，則在中斷里面處理
如果事件處理時間比較長，在回到后臺處理*/
DoSomething2();
}

voidISR3(void)
{
/*置位標志位*/
flag3=1;
/*如果事件處理時間很短，則在中斷里面處理
如果事件處理時間比較長，在回到后臺處理*/
DoSomething3();
}

在順序執行后臺程序的時候，如果有中斷來臨，那么中斷會打斷后臺程序的正常執行流，轉而去執行中斷服務程序，在中斷服務程序里面標記事件，如果事件要處理的事情很簡短，則可在中斷服務程序里面處理，如果事件要處理的事情比較多，則返回到后臺程序里面處理。

雖然事件的響應和處理是分開了，但是事件的處理還是在后臺里面順序執行的，但相比輪詢系統，前后臺系統確保了事件不會丟失，再加上中斷具有可嵌套的功能，這可以大大的提高程序的實時響應能力。在大多數的中小型項目中，前后臺系統運用的好，堪稱有操作系統的效果。

一般來說：如果的項目里面沒有使用RTOS，則一般使用的都是這種前后臺系統。

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多線程系統

相比前后臺系統，多線程系統的事件響應也是在中斷中完成的，但是事件的處理是在線程中完成的。在多線程系統中，線程跟中斷一樣，也具有優先級，優先級高的線程會被優先執行。

當一個緊急的事件在中斷被標記之后，如果事件對應的線程的優先級足夠高，就會立馬得到響應。相比前后臺系統，多線程系統的實時性又被提高了。

多線程系統大概的偽代碼具體見代碼清單所示：

intflag1=0;
intflag2=0;
intflag3=0;

intmain(void)
{
/*硬件相關初始化*/
HardWareInit();

/*OS初始化*/
RTOSInit();

/*OS啟動，開始多線程調度，不再返回*/
RTOSStart();

while(1);/*程序不會執行到這里*/
}

voidISR1(void)
{
/*置位標志位*/
flag1=1;
}

voidISR2(void)
{
/*置位標志位*/
flag2=2;
}

voidISR3(void)
{
/*置位標志位*/
flag3=1;
}

voidDoSomething1(void)
{
/*無限循環，不能返回*/
for(;;){
/*線程實體*/
if(flag1){

}
}
}

voidDoSomething2(void)
{
/*無限循環，不能返回*/
for(;;){
/*線程實體*/
if(flag2){

}
}
}

voidDoSomething3(void)
{
/*無限循環，不能返回*/
for(;;){
/*線程實體*/
if(flag3){

}
}
}

相比前后臺系統中后臺順序執行的程序主體，在多線程系統中，根據程序的功能，我們把這個程序主體分割成一個個獨立的，無限循環且不能返回的小程序，這個小程序我們稱之為線程。

每個線程都是獨立的，互不干擾的，且具備自身的優先級，它由操作系統調度管理。加入操作系統后，我們在編程的時候不需要精心地去設計程序的執行流，不用擔心每個功能模塊之間是否存在干擾。

加入了操作系統，我們的編程反而變得簡單了。整個系統隨之帶來的額外開銷就是操作系統占據的那一丁點的FLASH和RAM。現如今，單片機的 FLASH和RAM是越來越大，完全足以抵擋RTOS那點開銷。

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學習RTOS的意義到底是什么？

學習RTOS，一是項目需要，隨著產品要實現的功能越來越多，單純的裸機系統已經不能完美地解決問題，反而會使編程變得更加復雜，如果想降低編程的難度，就必須引入RTOS實現多任務管理。二是技能需要，掌握操作系統，和基于RTOS的編程，實現更好的職業規劃，對個人發展尤其是“錢途”是必不可少的。

大家可能一直覺得學操作系統就必須是linux，實際每個系統都有其應用場景，對于物聯網行業，殺雞焉用牛刀，小而美，且應用廣泛的FreeRTOS 是首選。有一個操作系統的基礎，即使后續基于其他系統開發軟件，也可觸類旁通，對新技術快速入門。