freertos学习之路1-裸机和rtos的区别

写在最前

由于工作需要，需要开始学习freertos的相关知识，本专题主要记录freertos的相关内容

参考：

https://www.bilibili.com/video/BV19g411p7UT 正点原子视频

1. 裸机和rtos的多任务处理

试想一种场景，我们正在打游戏，但女朋友在你打游戏的过程中给你发送消息，你需要回复消息

1.1 裸机处理方式

while(1) 
{ 
	打游戏();
	回复信息(); 
}

玩过51或者stm32的裸机编程的人都知道，我们往往会在应用程序写一个大循环，如果你一把游戏30min，那么你就得30min后才能执行回复信息的任务，那么你女朋友就会找你麻烦了😆打完游戏才能发送信息，回完信息才能继续打游戏,如下图

1.2 RTOS行为

void main(void) 
{ 
	/* 创建打游戏任务 */
	xTaskCreate（打游戏）
	/* 创建回复信息任务 */ 
	xTaskCreate(回复信息)
}

void 游戏(void) 
{ 
   while(1) 
   { 
	 打游戏();
   }
}

void 信息(void) 
{ 
   while(1) 
   { 
	 回复信息();
   }
}

而rtos不和裸机相同，它会让打游戏运行一个时间片,回复信息运行一个时间片,一个时间片的时间是可以我们自己设置的，就是滴答定时器的一个节拍，例如我们可以设置1ms来运行，这有点类似于一个伪多线程，在微观来看我们实际是两个任务交替运行，但是宏观上我们却感觉两个任务在同时运行，妥妥的游戏得意，情场得意6️⃣，如下图

2. 裸机和rtos的优先级处理

同样的场景，假设此时小明肚子疼了，要去医院，此时裸机与RTOS又会怎么做呢？

2.1 裸机处理

这时我们可能就知道，这个时候用中断阿，并把它设为一个比较高的优先级，毕竟生命安全第一位，我们可以定义一个中断服务程序，一肚子痛就触发中断去医院，但我们注意，中断是一瞬间的事情，我们不能在中断服务函数做太多的事，比如我们在终端服务函数做一个delay个10ms，程序可能就会出现问题例如：

• 中断处理时间太长或导致正常的应用程序不能按时被执行；
• 执行中断时不能响应其他中断，中断执行时间太长容易丢其他中断；
• 某个中断服务程序执行时间太长，可能导致中断嵌套非常深，容易导致栈溢出，也容易出现逻辑问题。

去医院就是一个长任务，需要坐车挂号看医生，很显然，我们不能把去医院放在中断中

但是呢，玩过单片机的我们都知道，对中断的处理我们一般都是设置一个全局的标志位，我们只需要在中断函数中设置标志位，然后再大循环中去判断这个标志位就可以了，代码如下：

while(1) 
{ 
	打游戏();
	回复信息(); 
	if(FLAG == 1)
	{
	   去医院();
	   FLAG = 0;
	}
}

但是假如我们此时再打游戏中，打游戏这个任务需要运行30min，即使此时FLAG这个标志位已经在中断中被置为1了也无济于事，仍然要等运行完上面两个任务才能进行下面的判断，实时性非常差

2.2 rtos处理

而rtos的处理方式就相当的优雅了，我们可以创建三个任务，并把去医院设为高优先级，让rtos系统自己去进行调度,并且我们注意一种情况，当去医院这个任务在运行没有占有cpu资源时，例如挂号要等待，此时cpu又可以分配给低优先级的任务，例如打游戏回信息，这样我们就很好的使用了cpu的资源

void main(void) 
{ 
	/* 创建打游戏任务 */
	xTaskCreate（打游戏）
	/* 创建回复信息任务 */ 
	xTaskCreate(回复信息)
	/* 创建去医院任务 */ 
	xTaskCreate(去医院)
}

void 游戏(void) 
{ 
   while(1) 
   { 
	 打游戏();
   }
}

void 信息(void) 
{ 
   while(1) 
   { 
	 回复信息();
   }
}

void 去医院(void) 
{ 
   while(1) 
   { 
	 去医院();
   }
}

3. 裸机和rtos的区别

3.1 裸机

裸机：裸机又称为前后台系统，前台系统指的中断服务函数，后台系统指的大循环，即应用程序

• 实时性差：(应用程序) 轮流执行
• delay：空等待，CPU不执行其他代码
• 结构臃肿：实现功能都放在无限循环

3.2 rtos

RTOS特点：RTOS全称为：Real Time OS，就是实时操作系统，强调的是：实时性

• 分而治之：实现功能划分为多个任务
• 延时函数：任务调度
• 抢占式：高优先级任务抢占低优先级任务,更高优先级也可以先运行
• 任务堆栈：每个任务都有自己的栈空间，我们低优先级任务被抢占后，cpu重新回到自己手里，是从之前那个位置继续执行，因此这个栈空间需要有相关的信息，例如：寄存器的值，局部变量…，这和c语言的linux多线程编程有点类似

值得注意的是，rtos也有中断，我们前面的任务调度其实是软件层面上的说法，而中断的优先级是最高的