从 裸机 到 RTOS 思维的转变

很多初学者在嵌入式开发中都是从裸机编程开始的。虽然裸机编程可以开发出好的产品，但对于嵌入式软件工程师来说，仅仅依赖裸机编程是不够的。

从裸机编程的思维方式转变为实时操作系统（RTOS）的思维方式是一个渐进的过程。刚开始的时候可能会感到困难和痛苦，但一旦理解了一些基本概念并能够编写一些示例程序，你会发现其实RTOS并不难。

为什么需要使用RTOS？

那么为什么我们需要使用RTOS呢？就像当我们刚开始学习C编程时，老师告诉我们指针的重要性，这时你可能会有一个疑问，指针到底有什么好处呢？

当时你可能会心里想：不用指针也能编写程序啊，为什么要特别强调指针呢？

但回过头来看，如果没有指针，C语言的编程将变得非常困难。现在想想看，没有了指针，程序会变得极为不方便。

那么回到我们的主题，为什么我们需要使用RTOS呢？

一般的简单的嵌入式设备的编程思路是下面这样的：

main
{
    {处理事务1}；
    {处理事务2}；
    {处理事务3}；
        .......
    {处理事务N}；
}

isr_server
{
    {处理中断}；
}

这是最常见的一种思路，对于简单的系统当然是够用了，但这样的系统实时性很差。

比如“事务1”如果是一个用户输入的检测，当用户输入时，如果程序正在处理事务1下面的那些事务，那么这次用户输入将失效，用户的体验是“这个按键不灵敏，这个机器很慢”，

而我们如果把事务放到中断里去处理，虽然改善了实时性但会导致另外一个问题，有可能会引发中断丢失，这个后果有时候比“慢一点”更加严重和恶劣！

又比如事务2是一个只需要1s钟处理一次的任务，那么显然事务2会白白浪费CPU的时间。

改变思维

看到上面裸机开发的局限了吗？

这时，我们可能需要改进我们的编程思路，一般我们会尝试采用“时间片”的方式。这时候编程会变成下面的方式：

main
{
  {事务1的时间片到了则处理事务1}；
  {事务2的时间片到了则处理事务2}；
    .......
  {事务N的时间片到了则处理事务N}；
}

time_isr_server
{
  {判断每个事务的时间片是否到来，并进行标记}；
}

isr_server
{
  {处理中断}；
}

我们可以看到，这种改进后的思路，使得事务的执行时间得到控制，事务只在自己的时间片到来后，才会去执行，但我们发现，这种方式仍然不能彻底解决“实时性”的问题，因为某个事务的时间片到来后，也不能立即就执行，她必须等到当前事务的时间片用完，并且后面的事务时间片没到来，她才有机会获得“执行时间”。

​

这时候我们需要继续改进思路,为了使得某个事务的时间片到来后能立即执行，我们需要在时钟中断里判断完时间片后，改变程序的返回位置，让程序不返回到刚刚被打断的位置，而从最新获得了时间片的事务处开始执行，这样就彻底解决了事务的实时问题。

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我们在这个思路上，进行改进，我们需要在每次进入时钟中断前，保存CPU的当前状态和当前事务用到的一些数据，然后我们进入时钟中断进行时间片处理，若发现有新的更紧急的事务的时间片到来了，则我们改变中断的返回的地址，并在CPU中恢复这个更紧急的事务的现场，然后返回中断开始执行这个更紧急的事务。

使用RTOS替代这种方式

上面那段话，对于初学者来说，可能有些不好理解。

事实上，这是因为要实现这个过程是有些复杂和麻烦的，这时候我们就需要找一个操作系统(OS)帮我们做这些事了，如果你能自己用代码实现这个过程，事实上你就在自己写操作系统了。

其实从这里也可也看出，操作系统的原理其实并不那么神秘，只是一些细节你很难做好。u我们常见的RTOS基本都是这样的一个操作系统，它能帮你完成这些事情，而且是很优雅的帮你完成！

到这里，我们终于知道了为什么我们需要RTOS了。事实上，RTOS的用处远不止帮你完成这个“事务时间片的处理”，它还能帮你处理各种超时，进行内存管理，完成任务间的通信等。

有了RTOS，程序的层次也更加清晰，给系统添加功能也更方便，这一切在大型项目中越发的明显！

关于RTOS操作系统的内容，我之前分享过很多，这里找几篇针对初学者的文章：

面向初学者的操作系统基础知识

计算机操作系统“进程”与“线程”的通俗解析

实时操作系统RTOS相比裸机的几点优势

裸机系统与多线程系统的区别

分享到这里，你知道为什么我们需要从 裸机 转 RTOS了吧。

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