【RTOS的最通俗理解】行业大佬用一篇文章带你快速理解RTOS

单片机_RTOS_架构

1. RTOS的概念

1.1 用人来类比单片机程序和RTOS

妈妈要一边给小孩喂饭，一边加班跟同事微信交流，怎么办？

1.1.1 我无法一心多用

对于单线条的人，不能分心、不能同时做事，她只能这样做：

• 给小孩喂一口饭
• 瞄一眼电脑，有信息就去回复
• 再回来给小孩喂一口饭
• 如果小孩吃这口饭太慢，她回复同事的信息也就慢了，被同事催：你半天都不回我？
• 如果回复同事的信息要写一大堆，小孩就着急得大哭起来。

这种做法，在软件开发上就是一般的单片机开发，没有用操作系统。

1.2.2 我可以一心多用

对于眼明手快的人，她可以一心多用，她这样做：

• 左手拿勺子，给小孩喂饭
• 右手敲键盘，回复同事
• 两不耽误，小孩“以为”妈妈在专心喂饭，同事“以为”她在专心聊天
• 但是脑子只有一个啊，虽然说“一心多用”，但是谁能同时思考两件事？
• 只是她反应快，上一秒钟在考虑夹哪个菜给小孩，下一秒钟考虑给同事回复什么信息

这种做法，在软件开发上就是使用操作系统，在单片机里叫做使用RTOS。

RTOS的意思是：Real-time operating system，实时操作系统。

我们使用的Windows也是操作系统，被称为通用操作系统。使用Windows时，我们经常碰到程序卡死、停顿的现象，日常生活中这可以忍受。

但是在电梯系统中，你按住开门键时如果没有即刻反应，即使只是慢个1秒，也会夹住人。

在专用的电子设备中，“实时性”很重要。

1.2 程序简单示例

// 经典单片机程序
void main()
{
	while (1)
    {
        喂一口饭();
        回一个信息();
    }
}
------------------------------------------------------
// RTOS程序    
喂饭()
{
    while (1)
    {
        喂一口饭();
    }
}

回信息()
{
while (1)
{
回一个信息();
}
}

void main()
{
create_task(喂饭);
create_task(回信息);
start_scheduler();
while (1)
{
sleep();
}
}

2. 架构的概念

2.1 用人来类比电子产品

在电子系统中，CPU就是大脑，CPU有很多种类别，被称为架构。

常见的有：

• ARM：
  目前主流的架构，用得最广，芯片公司需要付费购买，再搭配各种模块才能设计出芯片。
  目前华为被美国制裁，无法获得最新的ARM架构；
  对于其他公司，购买ARM新架构的价格也不低。
• RISC-V：
  后起之秀，开源、免费。
  目前华为海思的HI3861、乐鑫的ESP32-C3等芯片，都是使用RISC-V的单片机芯片；
  平头哥和全志的D1芯片，是使用RISC-V的、能运行Linux的芯片；
  RISC-V作为全新的架构，没有历史包袱，设计优美，在技术上大有可为，另外它开源无需授权，能摆脱技术的卡脖子问题。

2.2 要深入理解RTOS就必须深入理解CPU架构

如果只是使用别人移植好的RTOS来写程序，当然不需要了解CPU架构。

甚至编写驱动程序时，也不需要了解CPU架构：因为我们操作的是CPU之外的设备，不是操作CPU。

但是，如果你想达到如下目标，就需要先了解CPU架构：

• 深入理解RTOS的内部实现
• 移植RTOS
• 解决疑难问题

3. 课程重点

对于同一个电子产品，编写程序时：

• 不使用RTOS时，处理多个事情就像单线条的妈妈一样，一件一件地顺序做事，前后有影响。
• 使用RTOS时，就像可以一心多用的妈妈一样，事情之间的影响可以降到最低，多件事可以“同时”进行。

我们要讲的内容就是：

• RTOS部分：怎么在单片机上，移植、使用ROTS，RTOS的内部实现
• CPU架构：深入理解CPU架构，才能移植RTOS、深入理解RTOS

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