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5分钟拿下你的三连,RTOS的最通俗理解!
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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