很多STM32單片機(jī)初學(xué)者都是從裸機(jī)開(kāi)始的,裸機(jī)確實(shí)也能開(kāi)發(fā)出好的產(chǎn)品。但是,作為一個(gè)嵌入式軟件工程師,況且用的并不是51那種低端單片機(jī),如果只會(huì)用裸機(jī)開(kāi)發(fā)產(chǎn)品,那肯定是不夠的。
要從裸機(jī)的思維轉(zhuǎn)變到RTOS(Real Time Operating System)的思維,其實(shí)需要一個(gè)過(guò)程,而且開(kāi)始的一段時(shí)間會(huì)很痛苦。但過(guò)一段時(shí)間理解了一些內(nèi)容,能寫(xiě)一些Demo之后,你會(huì)發(fā)現(xiàn)其實(shí)RTOS也不難,相關(guān)demo推薦:使用STM32CubeMx工具,寫(xiě)FreeRTOS的demo程序。
現(xiàn)在FreeRTOS在CubeMX工具中可以直接配置并使用,相當(dāng)方便。
為什么需要RTOS
為什么我們需要RTOS?就像最開(kāi)始學(xué)C編程時(shí),老師告訴我們,指針很重要,那時(shí)你肯定有一個(gè)大的疑問(wèn),指針到底有什么好?心里一直犯嘀咕著:不用指針不一樣把程序編出來(lái)了?現(xiàn)在想想看C語(yǔ)言沒(méi)了指針,是不是“寸步難行”呢。回到正題,我們到底為什么需要RTOS?相關(guān)文章推薦:詳解選擇RTOS的要點(diǎn)。一般的簡(jiǎn)單的嵌入式設(shè)備的編程思路是下面這樣的:這是最常見(jiàn)的一種思路,對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)當(dāng)然是夠用了,但這樣的系統(tǒng)實(shí)時(shí)性很差。比如“事務(wù)1”如果是一個(gè)用戶(hù)輸入的檢測(cè),當(dāng)用戶(hù)輸入時(shí),如果程序正在處理事務(wù)1下面的那些事務(wù),那么這次用戶(hù)輸入將失效,用戶(hù)的體驗(yàn)是“這個(gè)按鍵不靈敏,這個(gè)機(jī)器很慢”,而我們?nèi)绻咽聞?wù)放到中斷里去處理,雖然改善了實(shí)時(shí)性但會(huì)導(dǎo)致另外一個(gè)問(wèn)題,有可能會(huì)引發(fā)中斷丟失,這個(gè)后果有時(shí)候比“慢一點(diǎn)”更加嚴(yán)重和惡劣!又比如事務(wù)2是一個(gè)只需要1s鐘處理一次的任務(wù),那么顯然事務(wù)2會(huì)白白浪費(fèi)CPU的時(shí)間。改進(jìn)思路看到上面裸機(jī)開(kāi)發(fā)的局限了嗎?這時(shí),我們可能需要改進(jìn)我們的編程思路,一般我們會(huì)嘗試采用“時(shí)間片”的方式。這時(shí)候編程會(huì)變成下面的方式:
可以看到,這種改進(jìn)后的思路,使得事務(wù)的執(zhí)行時(shí)間得到控制,事務(wù)只在自己的時(shí)間片到來(lái)后,才會(huì)去執(zhí)行。但這種方式仍然不能徹底解決“實(shí)時(shí)性”的問(wèn)題,因?yàn)槟硞€(gè)事務(wù)的時(shí)間片到來(lái)后,也不能立即就執(zhí)行,必須等到當(dāng)前事務(wù)的時(shí)間片用完,并且后面的事務(wù)時(shí)間片沒(méi)到來(lái),才有機(jī)會(huì)獲得“執(zhí)行時(shí)間”。
這時(shí)候我們需要繼續(xù)改進(jìn)思路,為了使得某個(gè)事務(wù)的時(shí)間片到來(lái)后能立即執(zhí)行,我們需要在時(shí)鐘中斷里判斷完時(shí)間片后,改變程序的返回位置,讓程序不返回到剛剛被打斷的位置,而從最新獲得了時(shí)間片的事務(wù)處開(kāi)始執(zhí)行,這樣就徹底解決了事務(wù)的實(shí)時(shí)問(wèn)題。
我們?cè)谶@個(gè)思路上,進(jìn)行改進(jìn),我們需要在每次進(jìn)入時(shí)鐘中斷前,保存CPU的當(dāng)前狀態(tài)和當(dāng)前事務(wù)用到的一些數(shù)據(jù),然后我們進(jìn)入時(shí)鐘中斷進(jìn)行時(shí)間片處理,若發(fā)現(xiàn)有新的更緊急的事務(wù)的時(shí)間片到來(lái)了,則我們改變中斷的返回的地址,并在CPU中恢復(fù)這個(gè)更緊急的事務(wù)的現(xiàn)場(chǎng),然后返回中斷開(kāi)始執(zhí)行這個(gè)更緊急的事務(wù)。
使用RTOS的好處
上面那段話,對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō),可能有些不好理解。事實(shí)上,這是因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程是有些復(fù)雜和麻煩的,這時(shí)候我們就需要找一個(gè)操作系統(tǒng)(OS)幫我們做這些事了,如果你能自己用代碼實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程,事實(shí)上你就在自己寫(xiě)操作系統(tǒng)了。其實(shí)從這里也可也看出,操作系統(tǒng)的原理其實(shí)并不那么神秘,只是一些細(xì)節(jié)你很難做好。我們常見(jiàn)的RTOS基本都是這樣的一個(gè)操作系統(tǒng),它能幫你完成這些事情,而且是很優(yōu)雅的幫你完成!事實(shí)上,RTOS的用處遠(yuǎn)不止幫你完成這個(gè)“事務(wù)時(shí)間片的處理”,它還能幫你處理各種超時(shí),進(jìn)行內(nèi)存管理,完成任務(wù)間的通信等。有了RTOS,程序的層次也更加清晰,給系統(tǒng)添加功能也更方便,這一切在大型項(xiàng)目中越發(fā)的明顯!
原文標(biāo)題:STM32單片機(jī)開(kāi)發(fā)中的RTOS
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