今日开始学习嵌入式实时操作系统RTOS：UCOS-III实时操作系统

本次目标是入门RTOS，理解多任务系统......

本文只是个人学习笔记，基本都是对网上资料的整合......

目录

STM32裸机与RTOS区别：

 裸机中断示例：

 RTOS对优先级的处理：

 裸机总结：

RTOS (Real Time OS)总结：

 多任务系统的理解：

任务的特性：

抢占式调度:

系统时间管理 :

任务的“独立”：

网上查阅资料学习：

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STM32裸机与RTOS区别：

以下为AI生成内容：

从并发性和模块化角度来看，RTOS相较于裸机开发具有更好的表现。RTOS支持多任务并发执行，提高了程序的并发工作效率，并且其设计遵循高内聚、低耦合的原则，使程序结构更加清晰。而在裸机开发中，程序通常是在一个无限循环中运行的，没有多任务、线程的概念，这在处理复杂任务时可能会受到限制。

其次，从生态和可重用性方面考虑，RTOS也更具优势。RTOS提供了丰富的软件组件和库，这些组件和库可以帮助开发者更快地构建复杂的应用程序。同时，RTOS还支持软件组件的重用，避免了重复造轮子的问题。而在裸机开发中，由于没有操作系统的支持，开发者需要自行处理所有底层细节，这可能会导致开发周期变长且难以维护。

此外，实时性方面也是两者的重要区别。RTOS被设计用于需要严格时间控制的实时应用，如工业控制、实时数据采集等。RTOS提供了低延迟、高可靠性和可预测性的特性，能够满足这些应用对实时性的高要求。而在裸机开发中，由于没有操作系统的调度和管理，实时性可能无法得到保证，特别是在处理复杂任务时。

最后，从硬件控制和资源管理角度来看，裸机开发需要直接控制和管理硬件资源，包括处理器、内存、外设等。这通常涉及与硬件的寄存器交互，需要开发者具备较高的硬件知识。而在RTOS中，操作系统提供了对硬件的抽象层和服务，开发者可以通过操作系统提供的API来访问和控制硬件资源，降低了开发的复杂性。

 裸机中断示例：

这样的中断刷新标志，然后再主函数查询FLAG==1的方式，会出现一个问题：

就是必须先执行完前俩个打游戏(); 回复消息();函数才会轮到FLAG==1的查询，如果那俩个函数占用时间过长，则失去了 去医院();的该有的中断即时性

 RTOS对优先级的处理：

RTOS会给每个任务分配优先级，函数 去医院();  优先级明显是最高，但RTOS有更精妙的CPU利用安排：假设去医院();中有个过程需要等待挂号，等待挂号时 CPU是空闲的，那这段空闲不会被浪费，而是能继续分配给 打游戏();  回复消息();

 裸机总结：

裸机又称为前后台系统，前台是中断服务函数，后台是指的大循环，即应用程序

1、实时性差（应用程序轮流执行）

2、delay();函数 效率低 （延时空等待、CPU不执行别的任务代码）

3、结构臃肿 小型项目没问题，大项目很差

RTOS (Real Time OS)总结：

实时操作系统，强调了实时性

1、分而治之：实际功能划分多任务

2、延时函数：任务调度

3、抢占式：高优先级任务抢占低优先级任务

4、任务堆栈：每个任务都有自己的堆栈空间

注意：

1、高优先级任务一直在执行，那低优先级任务将一直不会被执行

2、中断可以打断任意任务

3、任务可以有同等优先级

 多任务系统的理解：

 这部分是查阅文章学习抄录的：

就像我们用电脑时可以同时听歌，上网，编辑文档等。

在多任务系统中，可以同时执行多个并行任务，各个任务之间互相独立。通过操作系统执行任务调度而实现宏观上的“并发运行”。从宏观上不同的任务并发运行，好像每个任务都有自己的 CPU 一样。 其实在单一 CPU 的情况下，是不存在真正的多任务机制的，存在的只有不同的任务轮流使用 CPU，所以本质上还是单任务的。但由于 CPU 执行速度非常快，加上任务切换 十分频繁并且切换的很快，所以我们感觉好像有很多任务同时在运行一样。这就是所谓的多任务机制。

多任务的最大好处是充分利用硬件资源，如在单任务时（大循环结构，如大部分 51

程序）遇到 delay 函数时，CPU 在空转；而在多任务系统，遇到 delay 或需等待资源时系

统会自动运行下一个任务，等条件满足再回来运行先前的任务，这样就充分利用了 CPU，

提高了效率。

任务的特性：

抢占式调度:

调度的概念，通俗的说就是系统在多个任务中选择合适的任务执行。系统如何知道

何时该执行哪个任务？可以为每个任务安排一个唯一的优先级别，当同时有多个任务就

绪时，优先运行优先级较高的任务。

同时，任务的优先级也作为任务的唯一标识号。代码中都是对标识号来完成对任务

的操作的。如 OSDelPrioRdy(prio)，OSSetPrioRdy(prio)等。

不同的优先级对应就绪表中的每一位。低位对应高优先级。优先级 0 的优先权最高，

优先级 31 的优先权最低。

“抢占式调度”是指：一旦就绪状态中出现优先权更高的任务，便立即剥夺当前任务的运行权，把 CPU 分配给更高优先级的任务。这样 CPU 总是执行处于就绪条件下优先级最高的任务。

系统时间管理 :

与人一样，多任务系统也需要一个“心跳”来维持其正常运行，这个心跳叫做时钟节拍，通常由定时器产生一个固定周期的中断来充当，频率一般为 50-100Hz。

OSTimeDly 函数就是以时钟节拍为基准来延时的。这个函数完成功能很简单，就是先挂起当起当前任务，设定其延时节拍数，然后进行任务切换，在指定的时钟节拍数到来之后，将当前任务恢复为就绪状态。任务必须通过 OSTimeDly 或 OSTaskSuspend 让出 CPU的使用权，使更低优先级任务有机会运行。

在 T0 的中断服务函数中，依次对各个延时任务的延时节拍数减 1。若发现某个任务的延时节拍数变为 0，则把它从挂起态置为就绪态。

任务的“独立”：

一个任务有自己的 CPU，堆栈，程序代码，数据存储区，那这个任务就是一个独立的任务。

程序代码：

每个任务的程序代码与函数一样，与 51 的裸奔程序一样，每个任 务都是一个大循环。

数据存储区：

由于全局变量是系统共用的，各个任务共享，不是任务私有，所以这里的数据存储区是指任务的私有变量，局部变量可以使其变成私有。因为编译器是把局部变量保存在栈里的，所以好办，只要任务有个私有的栈就行

私有栈的作用是存放局部变量，函数的参数，它是一个线性的空间，所以可以申请一个静态数组，把栈顶指针 SP 指向栈的数组的首元素（递增栈）或最后一个元素（递减栈）。即可打造一个人工的栈出来。

每个任务还要有记录自己栈顶指针的变量，保存在任务控制块（ TCB ）中。

任务控制块：

系统中的每个任务具有一个任务控制块，任务控制块记录任务执 行的环境，这里的任务控制块比较简单，只包含了任务的堆栈指针和任务延时节拍数。

任务私有CPU：

只有一个 CPU ，各个任务共享，轮流使用。如何才能实现？

先来看看中断的过程：当中断来临时， CPU 把当前程序的运 行地址，寄存器等现场数据保存起来（一般保存在栈里），然后跳到中断服务程序执行。待 执行完毕，再把先前保存的数据装回 CPU 又回到原来的程序执行。这样就实现了两个不同 程序的交叉运行。

借鉴这种思想就能实现多任务了：模仿中断的过程就可以实现任务切换运行。

任务切换：

任务切换时，把当前任务的现场数据保存在自己的任务栈里面，再把待运行的任务 的数据从自己的任务栈装载到 CPU 中，改变 CPU 的 PC ， SP ，寄存器等。可以说，任务的 切换是任务运行环境的切换。而任务的运行环境保存在任务栈中，也就是说，任务切换的 关键是把任务的私有堆栈指针赋予处理器的堆栈指针 SP 。 两个任务的切换过程如下：

网上查阅资料学习：

最后感谢以下互联网的大佬们的文章视频供我们学习交流：

【正点原子】手把手教你学UCOS-III实时操作系统_哔哩哔哩_bilibili

嵌入式 RTOS多任务操作系统简介-CSDN博客

基于STM32的简易RTOS_stm32 osdelpriordy-CSDN博客

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