关于RTOS基础知识-FreeRTOS

一、多任务处理

内核是操作系统的核心组件。Linux 等通用操作系统采用的内核 允许多个用户看似同时访问计算机的处理器。这些用户可以各自执行多个程序,看起来像是并发运行。

每个执行的程序由操作系统控制下的一个或多个线程实现。如果操作系统能够以这种方式执行多个线程,则称为多任务处理。 像 FreeRTOS 这样的小型 RTOS 通常将线程称为任务,因为它们不支持虚拟内存,因此进程和线程之间没有区别。

使用多任务操作系统可以简化原本复杂的软件应用程序的设计: 

  • 操作系统的多任务处理和任务间通信功能允许将复杂的应用程序 划分为一组更小且更易于管理的任务。
  • 这种划分可以简化软件测试,确保团队分工明确,并促进代码复用。
  • 复杂的时序和排序细节将由 RTOS 内核负责,从而减轻了应用程序代码的负担。

二、多任务处理与并发 

常规单核处理器一次只能执行一个任务,但多任务操作系统可以快速切换任务, 使所有任务看起来像是同时在执行。下图展示了 三个任务相对于时间的执行模式。任务名称用不同颜色标示,并写在左侧。时间从左向右移动, 彩色线条显示在特定时间执行的任务。上方展示了所感知的并发执行模式, 下方展示了实际的多任务执行模式。

三、调度 

 调度器是内核中负责决定在特定时间应执行什么任务的部分。内核 可以在任务的生命周期内多次暂停并恢复该任务。 如果任务 B 取代任务 A 成为当前执行的任务 (即任务 A 暂停,任务 B 恢复),我们就可以称任务 A “换出”,任务 B “换入

### RTOS 实时操作系统简介 实时操作系统(RTOS, Real-Time Operating System)是一种专为满足实时应用需求而设计的操作系统。它能够以极高的精度响应外部事件,并在指定时间内完成任务处理,从而实现对硬件设备的有效控制和管理[^1]。 #### 主要功能特点 RTOS 的核心特性在于其强大的任务管理和调度能力。通过分配不同的优先级给各任务,RTOS 能够动态调整任务执行顺序,确保高优先级的任务得到及时响应[^2]。此外,RTOS 还提供了丰富的资源管理机制,包括内存分配、中断处理以及同步原语等功能,这些都极大地增强了系统的可靠性和稳定性。 #### 应用场景 RTOS 广泛应用于工业自动化、航空航天、医疗设备等领域,在这些领域中,时间敏感型任务的高效执行至关重要。例如,在飞行控制系统中,RTOS 需要在毫秒级别内完成传感器数据采集与反馈控制计算;而在医疗器械中,则需要保障生命体征监测数据的连续性和准确性[^3]。 #### 开发优势 采用RTOS进行嵌入式开发具备诸多优点:一方面提升了整个项目的稳定程度;另一方面也简化了复杂逻辑的设计难度——开发者无需手动编写繁琐的状态机代码来模拟并发行为,而是可以直接利用现成框架构建多线程程序结构[^2]。另外值得注意的是,部分开源版本如 FreeRTOS 不仅成本低廉而且兼容性强,非常适合中小型项目使用[^3]。 以下是基于 C 语言的一个简单任务创建示例: ```c #include "FreeRTOS.h" #include "task.h" void vTaskFunction(void *pvParameters){ while(1){ // Task implementation code here. printf("This is a task.\n"); vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100)); } } int main(){ xTaskCreate(vTaskFunction,"MyTask",configMINIMAL_STACK_SIZE,NULL,tskIDLE_PRIORITY+1,NULL); vTaskStartScheduler(); } ``` 此段代码展示了如何定义一个新的无限循环任务并通过 `xTaskCreate` 函数将其加入到调度队列当中去运行。其中参数依次代表目标函数指针名称字符串形式描述最小堆栈大小传递给子进程初始优先等级最后保留未使用的返回值位置变量。 ---
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