單片機(jī)中的uC/OS是個(gè)什么？

1. uC/OS 是個(gè)什么鬼？

在一些朋友的留言和大神的文章中多次提到了 uC/OS，相信很多朋友看到之后都是蒙B的 “這是個(gè)什么鬼？”。uC/OS （Micro Control Operation System）翻譯過(guò)來(lái)就是微控制器操作系統(tǒng)，最初版本是在1992年發(fā)布，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到uC/OS III 了。

嗯，那它有什么用呢？

接觸過(guò)單片機(jī)或編程的朋友一定知道 main（） 函數(shù)，mian（） 又叫主函數(shù)或者入口函數(shù)，顧名思義就是程序開(kāi)始執(zhí)行的地方（其實(shí)這是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模菫榱苏疹櫺“卓梢赃@樣簡(jiǎn)單的理解），而一般的裸機(jī)程序只有一個(gè)main（），從程序的開(kāi)頭到結(jié)尾跑一次就完了，而為了讓程序能不停的跑往往會(huì)在main（） 中加一個(gè)while（true） 讓其不斷的循環(huán)。uC/OS因?yàn)槠涮幚矸绞嚼碚撋峡梢?a href="http://www.ttokpm.com/analog/" target="_blank">模擬無(wú)數(shù)個(gè) “main（） 函數(shù)”（任務(wù)），讓這些任務(wù)并發(fā)運(yùn)行，就像在一個(gè)單片機(jī)中有多個(gè)main（） 函數(shù)一樣，讓原本單線程的單片機(jī)能有多線程的效果。

那 uC/OS 是變出無(wú)限個(gè)main函數(shù)呢，答案就是時(shí)鐘節(jié)拍，時(shí)鐘節(jié)拍就是系統(tǒng)以固定的頻率產(chǎn)生中斷（時(shí)基中斷），并在中斷中處理與時(shí)間相關(guān)的事件，推動(dòng)所有任務(wù)向前運(yùn)行。簡(jiǎn)單的來(lái)說(shuō)就是高頻率的切換任務(wù)來(lái)實(shí)現(xiàn)類似多線程的效果，這個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍是可調(diào)的，頻率越快越浪費(fèi)cpu，相應(yīng)的在多個(gè)任務(wù)間切換的速度也就越快。

那么什么是中斷呢？

從本質(zhì)上來(lái)講，中斷是一種電信號(hào)的變化，當(dāng)設(shè)備有某種事件發(fā)生時(shí)（產(chǎn)生電平變化），它就會(huì)產(chǎn)生中斷，通過(guò)總線把電信號(hào)發(fā)送給中斷控制器。如果中斷的線是激活的，中斷控制器就把電信號(hào)發(fā)送給處理器的某個(gè)特定引腳。處理器于是立即停止自己正在做的事，跳到中斷處理程序的入口點(diǎn)，進(jìn)行中斷處理。（就好比小明現(xiàn)在正在看我寫的這篇文章，突然有快遞來(lái)敲門他就會(huì)先放下手機(jī)去取快遞然后回來(lái)接著看，既拿了快遞又讀了文章）如上圖所示電信號(hào)從低電平跳轉(zhuǎn)高電平的中斷稱之為上升沿中斷，反之稱之為下降沿中斷。

因?yàn)槠南拗埔陨现皇呛?jiǎn)單的介紹了一下uC/OS，當(dāng)然它還有很多其它的優(yōu)點(diǎn)，例如內(nèi)存分配，任務(wù)消息隊(duì)列，等等。這些都是這個(gè)系統(tǒng)多年迭代累積下來(lái)的“車輪”，如果感興趣的朋友可以深入的了解一下。

uC/OS固然是好，但是真的有必要什么都用 uC/OS么？我看未必，殺雞何用宰牛刀。以下引用一位知友的留言：

“2以前沒(méi)學(xué)過(guò)操作系統(tǒng)，用單片機(jī)裸機(jī)寫程序。有一次做一個(gè)功能特別復(fù)雜的東西，發(fā)現(xiàn)中斷都快用完了，并且用中斷有些地方實(shí)現(xiàn)的特別勉強(qiáng)，冗余，復(fù)雜。當(dāng)時(shí)根本就不知道有多任務(wù)，也以那時(shí)的知識(shí)根本想不到如何優(yōu)化。如果當(dāng)時(shí)學(xué)過(guò)操作系統(tǒng)，用過(guò)ucos，這個(gè)問(wèn)題就很好解決了。不信，你看能不能用裸機(jī)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的平板電腦。

6以后想去大公司，做平板，做手機(jī)，不會(huì)嵌入式linux估計(jì)不行吧，這個(gè)依舊包括了上述所有知識(shí)?！保ㄟ@位朋友表達(dá)的意思我懂，在此只是引用這一段話，只是引用?。?/p>

（此段純吐槽）可能是現(xiàn)在中國(guó)手機(jī)行業(yè)很賺錢。是個(gè)大一點(diǎn)的公司就要做平板，做手機(jī)，大公司都需要這樣的人才，一窩蜂的往里鉆。雖然arm理論上也算是單片機(jī)的一種，但是我更喜歡將其歸入微處理器的行列，做手機(jī)做平板要是我肯定不會(huì)選stm32上uC/OS來(lái)做。如果是為了好找工作，為了做手機(jī)那還是學(xué)嵌入式linux比較靠譜。我是學(xué)自動(dòng)化的，在我的感覺(jué)里單片機(jī)（stm32，avr，飛思卡爾，51等等）這類是屬于微控器，最適合的就是用來(lái)做控制的，不是為了做手機(jī)而生的。

和做人一樣首先要清楚自己的定位，清楚自己能干什么，不能干什么。汽車芯片，3d打印機(jī)，數(shù)控機(jī)床，手環(huán)，液晶顯示器，四軸，錄像機(jī)，洗衣機(jī)，玩具，飛機(jī)儀表板等等等等，都有單片機(jī)的用武之地，我給它的定位就是簡(jiǎn)單重復(fù)高效的控制器。有朋友留言說(shuō) “一句話想賺錢不要學(xué)這個(gè)?！?我只能引用這樣一句話 “中國(guó)不是實(shí)體經(jīng)濟(jì)不行了，而是你的實(shí)體經(jīng)濟(jì)不行了?！?/p>

2. 那你解釋一下運(yùn)放虛短的原理 簡(jiǎn)單講就好

運(yùn)算放大器 MIT的 Anant Agarwal 教授講的很好建議你去看看（其實(shí)網(wǎng)易公開(kāi)課上有很多資源，都沒(méi)人看）

什么是運(yùn)算放大器？

運(yùn)算放大器是一種帶有特殊耦合電路及反饋的放大器，其輸出信號(hào)可以是輸入信號(hào)加、減或微分、積分等數(shù)學(xué)運(yùn)算的結(jié)果。（簡(jiǎn)單的理解就是通過(guò)這個(gè)原件能實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的數(shù)學(xué)運(yùn)算）

正好我用一個(gè)實(shí)際的例子來(lái)講，下圖是我之前用來(lái)驅(qū)動(dòng)激光的一個(gè)原理圖，看似很復(fù)雜不用怕，一步一步來(lái)。首先要知道這個(gè)電路是干什么用的，我上學(xué)的時(shí)候就是老師自己陶醉的在臺(tái)上講，也不告訴你學(xué)了知識(shí)能干啥，最后學(xué)的都是一頭霧水，一臉茫然（又吐槽了）。為了保持激光穩(wěn)定的工作，通過(guò)激光二極管的電流必須是恒定的，這個(gè)時(shí)候就需要橫流驅(qū)動(dòng)。

LASER1+和LASER-之間接的就是要求橫流1A工作的激光二極管。如果電路看起來(lái)復(fù)雜圖中所有電容均可以理解為濾波作用。為了理解虛短，虛段我們將其都去掉，是不是看起來(lái)簡(jiǎn)單了一些

LASER-下方是一個(gè)mos管，簡(jiǎn)單的理解成一個(gè)特殊開(kāi)關(guān)，它的1端口可以控制2-》3的是否導(dǎo)通，并分去多余的電壓。R8是0.03歐姆的采樣電阻，為了實(shí)現(xiàn)1A橫流R8a上方電壓要為0.03v（I=U/R），那么運(yùn)放端口6為0.03v。ok 這里我們先學(xué)習(xí)一下

虛短（虛短指在分析運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時(shí)，可把兩輸入端視為等電位【這里2，3，5，6都是輸入端】，就好像兩個(gè)輸入端短接在一起，但事實(shí)上并沒(méi)有短接，稱為“虛短”。由于運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大，而運(yùn)放的輸出電壓是有限的。因此運(yùn)放的差模輸入電壓不足1 mV，兩輸入端近似等電位，相當(dāng)于 “短路”。）

虛斷（由于運(yùn)放的差模輸入電阻很大。因此流入運(yùn)放輸入端的電流往往不足1uA，遠(yuǎn)小于輸入端外電路的電流。故通?？砂堰\(yùn)放的兩輸入端視為開(kāi)路?！疤摂唷笔侵冈诜治鲞\(yùn)放處于線性狀態(tài)時(shí)，可以把兩輸入端視為等效開(kāi)路，這一特性 稱為虛假開(kāi)路，簡(jiǎn)稱虛斷。）

因?yàn)樘摂啵?，6）為開(kāi)路，沒(méi)有電流由6經(jīng)過(guò)R8a到GND。

因?yàn)樘摱趟裕?，6）端口電壓相等均為0.03v，由于R7a，R7b串聯(lián)可得到端口1的電壓

（V1-V5）/R7a=V5/R7b --------》 V1=（V5/R7b）*R7a+V5=0.33v

因?yàn)樘摱趟裕?，2，3）端口電壓相等，所以只要用單片機(jī)控制3端口的電壓為0.33v，激光器就能穩(wěn)定在1A工作。

自己焊的原理板如圖，中間的小長(zhǎng)方塊就是運(yùn)放。

控制激光穩(wěn)定輸出！

注意以上所有推導(dǎo)能成立均建立在運(yùn)放是線性工作的狀態(tài)，至于運(yùn)放什么時(shí)候是線性，如何在非線性條件下讓運(yùn)放線性工作，Anant Agarwal 教授都講的很清楚了。