【freertos】FreeRTOS介绍

FreeRTOS介绍

一、实时操作系统
- 1、概述
- 2、使用实时操作系统的必要性
- 3、操作系统相关概念
二、用RTOS做嵌入式开发的优势
- 1.并发性
- 2.模块化
- 3.生态
- 4.实时性
- 5.可重用性
三、操作系统带来的优势
- 1. 模块化
- 2. 并发性
- 3. 实时性
- 4. 开发效率
- 5. 软件生态
四、三大操作系统
- 1.UCOS
- 2.RT-Thread
- 3.FreeRTOS
五、代码框架

一、实时操作系统

1、概述

$\quad$ RTOS（Real Time OS）即实时操作系统，根据各个任务的要求，进行资源(包括存储器、外设等)管理、消息管理、任务调度、异常处理等工作。在RTOS支持的系统中，每个任务均有一个优先级（类似前面章节的中断抢占优先级），RTOS根据各个任务的优先级，动态地切换各个任务，保证对实时性的要求。
$\quad$ RTOS总是运行优先级最高且就绪的任务。
$\quad$ 实时多任务操作系统，以分时方式运行多个任务，任务之间的切换以优先级为根据。只有优先服务方式的RTOS才是真正的实时操作系统。
$\quad$ 使用实时操作系统还需要额外的ROM/RAM开销，2～5%的CPU额外负荷，以及内核的费用。

2、使用实时操作系统的必要性

嵌入式实时操作系统提高了系统的可靠性
提高了开发效率，缩短了开发周期。例如官方甚至提高网络协议栈、文件系统、图形界面（ucGUI、emWin、QT…）的支持。
嵌入式实时操作系统充分发挥了32位CPU的多任务潜力（提高吞吐量，就是一个负载均衡）。

3、操作系统相关概念

操作系统：为解决计算机资源争抢而编写的一个程序。
任务：计算机需要完成的某一项工作。
资源争用：多个任务在执行的过程中需要共享有限的资源。
顺序执行：任务一个接一个地执行。
多任务并行：同时运行多个任务。
任务优先级：根据任务的重要性和使用频度决定工作的优先级。

二、用RTOS做嵌入式开发的优势

1.并发性

$\quad$ 程序并发工作效率低，在写裸机软件时，不可避免的在主程序中会有一个超级大的 while(1) 循环，这里面几乎包含整个项目的所有业务逻辑。因为每个业务逻辑里面都会有 delay 这样的循环等待函数，这样导致了所有的业务逻辑几乎都是串行起来工作的。这个时候 CPU 就会有很多时间都浪费在了延时函数里，一直在空转，导致软件的并发效率较差。

2.模块化

高内聚、低耦合的原则

$\quad$ 从软件工程的角度，做软件开发时，都会强调高内聚（功能集中）、低耦合（低干扰）的原则。而裸机的模块化开发难度非常大，模块间的耦合较重，这也导致了无法在大型项目使用裸机来开发。
还是刚才 main 函数中大 while(1) 的例子，可以想象到那么多功能都紧紧的挤在一个函数里，不可拆分，模块化开发的困难重重。
$\quad$ 例如在一些使用看门狗的项目中，如果使用 delay 延时函数，那得注意点，万一延时过长，主函数来不及喂狗，看门狗就被触发了。最后会产生这样一种感觉，一个简简单单的 delay 还得考虑喂狗功能，裸机开发时操的心太多了，自然无法应用在大型项目中。

3.生态

$\quad$ 很多高级软件组件，必须依赖于操作系统来实现

4.实时性

$\quad$ 功能复杂的情况下，实时性无法保证

$\quad$ 软件的实时性在一些领域会有一定的要求，软件的每个步骤必须在指定的时间被触发。工控领域就是最常见到的场景，如果实时性无法保证，机械设备可能就无法按照指定时序要求去动作，以至于发生机械事故，甚至会威胁到人的生命。回过来接着看裸机软件，如果软件变得庞大以后，可以想象到，主程序中那么大的一个 while(1) 循环，代码耦合严重，到处都是 delay 延时，要保证实时性几乎是不可能的。

5.可重用性

$\quad$ 软件可重用性差，总是重复造轮子
$\quad$ 可重用性与模块化程度有直接的关系。相信大家每个人在工作中都不想做很多重复性的工作，同样在写代码时，也想着尽可能少写一些功能相似的代码。但在这个嵌入式碎片化极其严重的时代，各式各样的芯片，想要让同样的代码，在裸机环境下同时适配不同的硬件，难度非常大。这样也就导致了裸机的代码会过多的依赖于底层硬件，重复造轮子的过程也就不可避免。