RTOS如何使用及如何選擇

　　遵循一些簡單的步驟，您將做出正確的 RTOS 選擇

　　RTOS 由內(nèi)核和中間件組成。需要中間件來高效可靠地執(zhí)行某些功能。如果它滿足這些要求，它就沒有什么進(jìn)一步的后果了。然而，內(nèi)核是嵌入式設(shè)計(jì)的核心。它極大地影響了設(shè)計(jì)的完成方式，并且是嵌入式程序員與之交互最多的內(nèi)容。因此，將“內(nèi)核”稱為“RTOS”已成為行業(yè)慣例。我在這里堅(jiān)持這種做法。

　　選擇 RTOS 的一個(gè)問題是它通常在項(xiàng)目開始時(shí)完成，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成甚至開始之前。那時(shí)，人們對(duì)需要哪些 RTOS 功能知之甚少。鑒于沒有理由不這樣做，許多程序員傾向于選擇簡單、低成本或免費(fèi)的 RTOS，然后接受其局限性。這顯然是一種非最佳方法，它可能會(huì)浪費(fèi)人月的努力和最終系統(tǒng)的延遲交付。

　　我提供了一種不同的方法來選擇 RTOS，我的方法具有許多您認(rèn)為不需要的功能。這需要了解這些功能是如何工作的，然后確定它們是否對(duì)您的應(yīng)用程序有用。除非您實(shí)際嘗試，否則您如何決定哪些功能對(duì)您有用？讓我們首先消除一些關(guān)于簡單 RTOS 的常見誤解。然后我們可以討論如何同時(shí)創(chuàng)建系統(tǒng)設(shè)計(jì)并為其選擇 RTOS，而不會(huì)過早地鎖定到錯(cuò)誤的 RTOS。

　　內(nèi)存使用

　　通常，用于 RTOS 的主要 RAM 用于任務(wù)使用的堆棧。如果 RTOS 沒有為中斷提供系統(tǒng)堆棧，那么每個(gè)任務(wù)的堆棧必須足夠大以處理總 ISR 堆棧要求。如果允許中斷嵌套，最壞情況下的 ISR 堆棧加載可能會(huì)向每個(gè)任務(wù)的堆棧添加數(shù)百個(gè)字節(jié)。如果有大約 20 個(gè)任務(wù)，這很容易增加 5 到 10 KB 的 RAM。簡單的 RTOS 通常有這個(gè)問題。一些 RTOS 甚至允許在任務(wù)之間共享堆棧。

　　ROM使用

　　現(xiàn)代鏈接器忽略了未使用的 RTOS 功能。因此，它們不會(huì)增加 ROM 占用空間。缺少（即，需要但不存在）RTOS 功能怎么辦？它們必須在應(yīng)用程序代碼中創(chuàng)建。這不僅需要時(shí)間和金錢，而且由于進(jìn)度壓力，這些功能的實(shí)現(xiàn)效率可能低于 RTOS，甚至可能由不同的程序員多次實(shí)現(xiàn)，或者可能是不可靠的緊急工作。因此，一個(gè)簡單的 RTOS 實(shí)際上可能比高級(jí) RTOS 需要更多的 RAM 和 ROM，這可能會(huì)給項(xiàng)目帶來更多問題。

　　表現(xiàn)

　　毫無疑問，更少的代碼運(yùn)行得更快。因此，執(zhí)行錯(cuò)誤檢查并提供多種功能的 RTOS 服務(wù)將比簡單 RTOS 的精簡等效服務(wù)慢。但是，您的 RTOS 需要多少性能？與嵌入式系統(tǒng)中執(zhí)行的其他處理相比，RTOS 調(diào)用和任務(wù)切換并不常見。編寫良好的 RTOS（不是 GPOS）可以在“低端”50 MHz Cortex-M3 處理器上實(shí)現(xiàn)每秒 50，000 次任務(wù)切換。你需要多少？隨著過去十年處理器性能的巨大進(jìn)步，重要的衡量標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)從原始 RTOS 性能轉(zhuǎn)變?yōu)樗峁┑姆?wù)的實(shí)用性以及它為快速開發(fā)可靠系統(tǒng)提供了多少幫助。

　　調(diào)試功能和錯(cuò)誤管理

　　每個(gè)人都知道調(diào)試代碼比創(chuàng)建代碼花費(fèi)的時(shí)間更多，而且項(xiàng)目通常由于頑固的錯(cuò)誤而延遲。然而，我們應(yīng)該做些什么來限制這種未來的痛苦？簡單的 RTOS 通常不會(huì)提供比 C 庫 - zilch 更多的幫助。如果你想要理智和美好的家庭生活，這是你應(yīng)該注意的事情。

　　三維問題

　　選擇 RTOS 是一個(gè)三個(gè)維度的問題：大小、性能和特性。這些特性共同定義了您的系統(tǒng)所在的嵌入式空間。除此之外，還有許可證和價(jià)格維度，但我們將把這些留給業(yè)務(wù)類型。在這里，我們將專注于我們都感覺更舒服的技術(shù)空間。

　　單個(gè) RTOS 無法很好地覆蓋所有嵌入式空間。因此，您必須確定您的應(yīng)用程序所在的位置才能很好地適應(yīng)。最好的方法是從上到下開始設(shè)計(jì)您的應(yīng)用程序。在另一篇文章圣誕樹 RTOS中，我將這個(gè)過程比作裝飾圣誕樹。

　　挑選候選人

　　要開始選擇過程，請(qǐng)查看 RTOS 供應(yīng)商文獻(xiàn)以找到具有大量有趣功能的候選者。然后，如果它為您喜歡的處理器提供評(píng)估套件，您就可以開始了。下載評(píng)估套件并讓它在您的處理器的評(píng)估板上運(yùn)行。希望這將是一個(gè)快速的過程。如果沒有，請(qǐng)嘗試另一個(gè) RTOS 候選者。

　　入門

　　最好的開始方法是創(chuàng)建擬議系統(tǒng)的框圖。接下來，將塊與線程相關(guān)聯(lián)（線程是 ISR、任務(wù)或其他執(zhí)行路徑）。這涉及對(duì)塊進(jìn)行分組或拆分?？傮w目標(biāo)是將異步操作放入單獨(dú)的線程中，將中斷驅(qū)動(dòng)的操作放入 ISR，并將高級(jí)操作放入任務(wù)中。中間操作可以放入回調(diào)函數(shù)或鏈接服務(wù)例程（LSR）中，這是一種更結(jié)構(gòu)化的回調(diào)函數(shù)形式。

　　隨著您的進(jìn)步，框圖將很快變得笨拙。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，就是編寫代碼的好時(shí)機(jī)。這里的目標(biāo)是創(chuàng)建骨架 ISR、任務(wù)和 LSR。這可以通過任何 RTOS 完成。只需使用 RTOS 服務(wù)來創(chuàng)建和控制 RTOS 對(duì)象。當(dāng)您深入了解您需要哪些 RTOS 服務(wù)時(shí)，您可能希望比較每位 RTOS 候選人如何完成特定工作，并繼續(xù)選擇您最喜歡的工作。

　　放入延遲存根以模擬實(shí)際代碼及其估計(jì)的延遲。還要放入最少的代碼來模擬將數(shù)據(jù)加載到消息中并將它們發(fā)送到其他任務(wù)，以及模擬系統(tǒng)需要執(zhí)行的其他操作。使用信號(hào)量、互斥量等，實(shí)現(xiàn)順序。延遲和模擬不需要準(zhǔn)確開始。

　　隨著你的進(jìn)步，經(jīng)常構(gòu)建你的系統(tǒng)并使用調(diào)試器來了解它是如何工作的。你會(huì)經(jīng)常感到驚訝！注意：單步執(zhí)行很有用，但您需要在許多戰(zhàn)略性位置設(shè)置斷點(diǎn)以查看實(shí)際發(fā)生的情況。否則，在一個(gè)步驟期間，可能會(huì)發(fā)生中斷，可能會(huì)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)，您會(huì)想知道這個(gè)或那個(gè)是如何神奇地發(fā)生的。多任務(wù)系統(tǒng)往往具有自己的生命，這可能不是您所期望的。意外可能會(huì)讓您深入了解候選 RTOS，以更好地了解其工作原理或發(fā)現(xiàn)其實(shí)施中的缺陷。您可能需要考慮不同 RTOS 提供的替代方法。最好早點(diǎn)面對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的驚喜，而不是在編寫了大量代碼并痛苦地調(diào)試之后。

　　這也是開始測量應(yīng)用程序的關(guān)鍵時(shí)間的好時(shí)機(jī)，例如中斷延遲、任務(wù)切換時(shí)間和開銷，以及電源使用情況，以及對(duì)這個(gè)系統(tǒng)很重要的任何其他事情。當(dāng)然，要獲得準(zhǔn)確的數(shù)字，您需要開始改進(jìn)延遲和模擬。一個(gè)很好的副產(chǎn)品是估計(jì)的延遲和 RTOS 引起的結(jié)構(gòu)為尚未編寫的代碼設(shè)置了界限。延遲可用于在實(shí)現(xiàn)之前確定需要優(yōu)化代碼的位置。如果最終代碼在其邊界內(nèi)，它將適合系統(tǒng)。這為項(xiàng)目中的每個(gè)人提供了安全保障。

　　這有什么好？

　　這種方法的美妙之處在于，在早期你有一些實(shí)際運(yùn)行的東西，其他人可以看到它運(yùn)行，他們也可以運(yùn)行它。此外，您還會(huì)收到反饋，以確定哪些結(jié)構(gòu)最適合您需要做的事情，并在進(jìn)行測量以確認(rèn)您的決定時(shí)。然而，您實(shí)際上只在代碼中投入了少量工作——如果有必要，大部分的思考和研究可以轉(zhuǎn)移到不同的 RTOS 或不同的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中。重點(diǎn)更多的是結(jié)構(gòu)而不是功能。

　　許多項(xiàng)目把自己畫到了一個(gè)角落，改變 RTOS 或系統(tǒng)設(shè)計(jì)不再是可行的選擇；編寫了太多代碼以允許改變方向。無論好壞，該項(xiàng)目都被它選擇的任何東西所困擾。這對(duì)豆類柜臺(tái)和其他所有人來說都是個(gè)壞消息。

　　同時(shí)，沿著黃磚路繼續(xù)前進(jìn)，您將了解所選 RTOS 的工作原理、哪些功能對(duì)您有用、如何使用它們，以及它的調(diào)試和內(nèi)核感知功能如何幫助您解決問題。然而，如果您需要，您也可以在離岸不遠(yuǎn)的地方涉水回到旱地并選擇不同的 RTOS 或系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　審核編輯：郭婷