文章目录

前言
裸机开发模式
- 轮询方式
- 事件驱动方式
- 改进的事件驱动方式
- 常用时间驱动方式：定时器
- 使用状态机进行改进
- 总结
RTOS的引入
RTOS编程要注意的问题
- 临界资源的访问
- 任务的休眠唤醒
总结

前言

感谢韦东山老师的直播教学，在今天的这次教学中学到了很多实用的知识。对逻辑开发和RTOS开发有了本质的理解。
博主也在这里向大家推荐一个嵌入式学习网站百问网官网。在这里有所有嵌入式学习的视频，更有韦东山老师的亲自授课为你解答疑惑。

裸机开发模式

所谓裸机开发，指的就是没有操作系统，就是单片机开发。程序的运行，完全取决于代码的逻辑设计，硬件设备的固定设定。不需要操作系统的参与和调度。
这里将韦老师上课举得例子拿来进行分析
讲的是一位宝妈，需要一编进行喂孩子吃饭，一边需要回复同事的消息。
那么我们首先想到的方式就是进行轮询

轮询方式

void main{}{while(1){eat();//喂孩子吃饭函数message();//回复同事消息
}
}

这是一个非常经典的单片机程序，是不是就是你的跑马灯程序。那么我们来分析这个程序：
在执行喂孩子这个函数的时候，回复同事消息这个函数是无法执行的，在执行回复同事消息这个函数的时候，程序是无法执行喂孩子这个函数，那么对于同事而言，宝妈总是在一段时间消失，无法回复消息。对于孩子而言，妈妈总是在一段时间无法来喂我吃饭。
双方（同事和孩子）似乎都没有得到满足。显然这个程序是不太好的，那么我们如何来进行优化呢？
相信已经有朋友类比到了我们最初的单片机实验，我们可以使用中断呀！没错中断就是下面我们的优化方式，也叫做事件驱动方式

事件驱动方式

事件是一个宽泛的概念，什么是事件？可以是：按下了按键、串口接收到了数据、模块产生了中断、某个全局变量被设置了。

什么叫事件驱动？当某个事件发生时，才调用对应函数，这就叫事件驱动。

我们将上面的例子进行改进：

当孩子哭的时候宝妈就给他喂饭
当同事发送了消息，电脑提示了才去回复同事

void crying_isr(){//检测孩子是否在哭的中断函数eating();//哭了就执行喂孩子吃饭的函数
}
void message_isr(){//检测同事是否发消息函数.message();//执行回消息函数
}
void main(){while(1){}
}

这种编程方式就使得这两个中断函数执行的都很快，不用像轮询一样再去等待上一个函数的执行完毕。

但是如果两个中断同时发生，就会相互影响：

两个中断，同一时间只能处理一个
如果当前中断处理时间比较长，就会影响到另一个中断的处理。
下面继续优化

改进的事件驱动方式

对于上面的程序，我们出现的问题是，当两个中断同时产生的时候，同一时间只能处理一个，如果一个中断处理时间比较长，就会影响另一个中断的处理。

下面我们针对这些问题来进行改进我们的程序。

对于中断的处理，原则上是“尽快”。否则就会影响其他中断，导致其他中断的处理延迟，甚至丢失。

下面我们通过设置标志位来改进程序。

void crying_isr(){//检测孩子是否哭了
is_crying=1;//如果哭了就将标志位置1
}
void message_isr(){is_message=1;//将有消息标志位置1。
}
void main(){while(1){if(is_crying==1)eating();if(is_message==1)message();
}
}

设置了标志位以后，我们的中断处理函数就会很快执行，那么就不会影响到其他中断的处理，不会导致中断的延迟，丢失。

相信大家已经想到了，中断持续触发后的后续处理就退回轮询了。那岂不是我们这也没啥改进？别急，下面我们继续改进！

常用时间驱动方式：定时器

这里我先用韦老师的例子来给大家介绍这种方法，然后再来分析上面的例子的改进方法。

例子：宝妈喂饭这个例子只有两个任务，如果有多个任务，一些有经验的工程师会使用定时器来驱动

设置一个定时器，比如每1ms产生一次中断
对于函数A，可以设置它的执行周期，比如每1ms执行一次
对于函数B，可以设置它的执行周期，比如每2ms执行一次
对于函数C，可以设置它的执行周期，比如每3ms执行一次
注意：1ms、2ms、3ms只是假设，你可根据实际情况调整。

那么我们编写代码可以如下

typedef struct soft_timer{int remain;//表示剩余多少时间，就需要调用下面的函数int period;//表示周期void (*function)(void);//处理函数
}soft_timer,*p_soft_timer;static soft_timer timers[]={{1,1,A},{2,2,B},{3,3,C}
};//符合题目要求void main(){while(1){}
}
void timer_isr(){int i;//是每个timers数组成员的remain都减1.for(i=0;i<3;i++){timers[i].remain--;
}
//当remain减到0，就表示要调用对应结构体中的函数了for(i=0;i<3;i++){if(timers[i].remain==0){timers[i].function();//调用函数timers[i].remain=timers[i].period;//重置remain.
}
}
}

经过这样设置以后，我们很好的解决了每个人数的处理时间。但是对于当某一个程序执行时间很长，就会出现下面的后果：

影响其他函数的调用
延误整个时间基准

那么我们怎么改进呢？针对这个问题，这里我以上面第二个例子进行分析，对于宝妈问题同理

typedef struct soft_timer{int remain;int period;void (*function)(void);
}soft_timer,*p_soft_timer;static soft_timer timers[]={{1,1,A},{2,2,B},{3,3,C}
};void main(){while(1){for(int j=0;j<3;j++){if(flag[i]){timers[i].function();//调用函数}}}
}
void timer_isr(){for(i=0;i<3;i++){timers[i].remain--;
}for(i=0;i<3;i++){if(timers[i].remain==0){flag[i]=1;//设置标志位timers[i].remain=timers[i].period;
}
}
}

通过上面设置标志位，来解决因为某个函数执行时间过长导致影响整个过程的时间基准。

使用状态机进行改进

问题，如果当任务处理函数执行时间都很长的时候，我们的裸机该怎么办呢？
这里我们可以使用状态机的思想来解决这个问题（其实思路就是操作系统的时间片）

void crying_isr(void)
{static int state = 0;switch (state){case 0: /* 开始 */{/* 盛饭 */state++;return;}case 1: /* 盛菜 */{/* 盛菜 */state++;return;}case 2: {/* 拿勺子 */state++;return;}}
}void mesage_isr(void)
{static int state = 0;switch (state){case 0: /* 开始 */{/* 打开电脑 */state++;return;}case 1: {/* 观看信息 */state++;return;}case 2: {/* 打字 */state++;return;}}
}void main()
{while (1){crying_isr();message_isr();//其实就是将这个执行时间很长的函数，拆分为短时间来处理。}
}

显然这里使用状态机拆分程序：

比较麻烦
有些复杂的程序无法拆分为状态机。

总结

总的来说，裸机程序难以解决的问题就是，控制每个任务的运行时间。难以消除任务与任务之间的相互影响。

RTOS的引入

假设要调用两个函数AB，AB执行的时间都很长，使用裸机程序时可以把AB函数改造为"状态机"，还可以使用RTOS。这两种方法的核心都是"分时复用"：

分时：函数A运行一小段时间，函数B再运行一小段时间
复用：复用谁？就是CPU

这里还是以宝妈的例子进行分析：
将宝妈比作CPU，喂孩子比作函数A，回消息比作函数B

宝妈一会儿喂孩子饭，一会儿回消息。当这个时间足够短的时候，从宏观上来看就是两个事件同时发生；从微观上来看，这依旧是两件事情。

// RTOS程序
喂饭()
{while (1){喂一口饭();}
}回信息()
{while (1){回一个信息();}
}void main()
{create_task(喂饭);//创建一个任务create_task(回信息);//创建一个任务start_scheduler();//执行任务列表while (1){sleep();}
}

关键在于RTOS让多个任务轮流运行，不再需要我们手工在任务函数去使用状态机拆分程序。

注意： RTOS其实现的原理就是链表的操作，通过优先级的高低，形成遍历链表顺序的先后。达到优先级高，先处理。通过判断链表是否为空，判断是否需要执行函数。同时同一链表，通过分时，在时间片内时间执行一个任务后，将该任务放置链表末尾，进而执行下一个任务。
关于休眠和唤醒，其实就是将要休眠（或者没有达到满足条件的任务）放置到休眠链表中，当条件满足时再唤醒该任务。
后面详细介绍该部分。

RTOS编程要注意的问题

临界资源的访问

这里其实就是和我们平时在Linux上编程一样，要考虑临界资源的访问问题，解决办法依旧还是设置互斥锁。

任务的休眠唤醒

当我们对某一个任务的执行设置了条件的时候，如果我们不将被设置条件的任务进行休眠，那么这个函数就会不停的进行条件判断，如下

void main(){A(){//当A快要执行完，执行此内容（假设，也可能是某个条件）if(xxx){flag=1;}};if(flag){//如果不将B进行休眠，如果A执行100000次，那么这个if判断条件就会执行这么多次。所以这样就会造成浪费资源，没必要的开销。B();}
}

所以设置任务的休眠，将B进行休眠，就让A一直执行，当flag为1时，再唤醒B，这样就能避免这个浪费。

总结

提示：这里对文章进行总结：
非常充实的一天，温故了以前的知识。同时理解到了RTOS和裸机开发的区别，以及RTOS的工作实质。
继续加油，不断努力！

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