為什么我們需要從裸機轉RTOS？

很多單片機初學者都是從裸機開始的，裸機確實也能開發出好的產品，但作為一個嵌入式軟件工程師，如果只能用裸機開發產品，那肯定是不夠的。

要從裸機的思維轉變到RTOS的思維，其實需要一個過程，而且開始的一段時間會很痛苦。但過一段時間理解了一些內容，能寫一些Demo之后，你會發現其實RTOS也不難。

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為什么需要RTOS？為什么我們需要RTOS？就像最開始學C編程時，老師告訴我們，指針很重要，那時你肯定有一個大的疑問，指針到底有什么好？

心里一直犯嘀咕著：不用指針不一樣把程序編出來了？ 現在想想看C語言沒了指針，是不是“寸步難行”呢。

回到正題，我們到底為什么需要RTOS？ 一般的簡單的嵌入式設備的編程思路是下面這樣的：

main{ {處理事務1}； {處理事務2}； {處理事務3}； 。..。..。 {處理事務N}；}

isr_server{ {處理中斷}；}

這是最常見的一種思路，對于簡單的系統當然是夠用了，但這樣的系統實時性很差。

比如“事務1”如果是一個用戶輸入的檢測，當用戶輸入時，如果程序正在處理事務1下面的那些事務，那么這次用戶輸入將失效，用戶的體驗是“這個按鍵不靈敏，這個機器很慢”，

而我們如果把事務放到中斷里去處理，雖然改善了實時性但會導致另外一個問題，有可能會引發中斷丟失，這個后果有時候比“慢一點”更加嚴重和惡劣！

又比如事務2是一個只需要1s鐘處理一次的任務，那么顯然事務2會白白浪費CPU的時間。

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改變思維看到上面裸機開發的局限了嗎？

這時，我們可能需要改進我們的編程思路，一般我們會嘗試采用“時間片”的方式。這時候編程會變成下面的方式：

main{ {事務1的時間片到了則處理事務1}； {事務2的時間片到了則處理事務2}； 。..。..。 {事務N的時間片到了則處理事務N}；}

time_isr_server{ {判斷每個事務的時間片是否到來，并進行標記}；}

isr_server{ {處理中斷}；}

我們可以看到，這種改進后的思路，使得事務的執行時間得到控制，事務只在自己的時間片到來后，才會去執行，但我們發現，這種方式仍然不能徹底解決“實時性”的問題，因為某個事務的時間片到來后，也不能立即就執行，她必須等到當前事務的時間片用完，并且后面的事務時間片沒到來，她才有機會獲得“執行時間”。

這時候我們需要繼續改進思路，為了使得某個事務的時間片到來后能立即執行，我們需要在時鐘中斷里判斷完時間片后，改變程序的返回位置，讓程序不返回到剛剛被打斷的位置，而從最新獲得了時間片的事務處開始執行，這樣就徹底解決了事務的實時問題。

我們在這個思路上，進行改進，我們需要在每次進入時鐘中斷前，保存CPU的當前狀態和當前事務用到的一些數據，然后我們進入時鐘中斷進行時間片處理，若發現有新的更緊急的事務的時間片到來了，則我們改變中斷的返回的地址，并在CPU中恢復這個更緊急的事務的現場，然后返回中斷開始執行這個更緊急的事務。

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使用RTOS替代這種方式上面那段話，對于初學者來說，可能有些不好理解。

事實上，這是因為要實現這個過程是有些復雜和麻煩的，這時候我們就需要找一個操作系統（OS）幫我們做這些事了，如果你能自己用代碼實現這個過程，事實上你就在自己寫操作系統了。

其實從這里也可也看出，操作系統的原理其實并不那么神秘，只是一些細節你很難做好。u我們常見的RTOS基本都是這樣的一個操作系統，它能幫你完成這些事情，而且是很優雅的幫你完成！

到這里，我們終于知道了為什么我們需要RTOS了。事實上，RTOS的用處遠不止幫你完成這個“事務時間片的處理”，它還能幫你處理各種超時，進行內存管理，完成任務間的通信等。

有了RTOS，程序的層次也更加清晰，給系統添加功能也更方便，這一切在大型項目中越發的明顯！

分享到這里，你知道為什么我們需要從 裸機 轉 RTOS了吧。

原文標題：從 裸機 到 RTOS 思維的轉變

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責任編輯：haq