RTOS應用程序設計的五個實戰技巧

今天聊一下RTOS應用程序設計的五個實戰技巧。

我在編寫RTOS應用程序的過程中，經常會遇到這些困難，包括正確確定系統中有多少任務、如何設置優先級、協調任務行為、避免常見陷阱，有時只是為了讓應用程序正常工作！

如今，近三分之二的嵌入式系統使用 RTOS，而且隨著系統的時序要求變得越來越復雜，這個數字只會隨著時間的推移而增加。在今天的文章中，我們將研究設計基于 RTOS 的應用程序的五個最佳實踐技巧。

一、任務分解

首先我們可以遵循的第一個最佳實踐技巧就是，使他們的 RTOS 應用程序開發成功，是使用任務分解來獲得應用程序中正確數量的任務。

有許多技術可用于分解任務，但我喜歡使用的一種對嵌入式開發人員很有效的方法是，使用由外向內（outside-in）的方法。在這種方法中，開發人員遵循七個簡單的步驟：

識別并列出主要的系統組件；

繪制高級框圖；

標記系統輸入；

標記輸出；

確定一級任務；

確定并發級別和依賴項；

確定第二層任務（應用程序任務）；

在為恒溫器等物聯網傳感器節點執行此過程時，最終可能會得到如下圖所示：

在這種情況下，系統通常有六個任務，其中一個任務監督應用程序代碼。（根據系統復雜性，可以進一步分解此任務）。

二、選擇正確的調度算法來分配優先級

我觀察到很多使用 RTOS 的開發人員從不花時間決定他們將如何安排他們的任務。他們通常假設 RTOS 會為他們做這件事，并且他們的任務會根據提供他們選擇的任務優先級成功運行。

事實是，開發人員可以通過多種不同的方式來安排任務。

首先，開發人員可以使用任務響應時間來調度任務。在這些系統中，響應時間最短的任務應該被分配最高優先級。

其次，開發人員可以使用一個任務執行時間來調度任務。在這些系統中，執行時間最短的任務應該被分配最高優先級。

最后，開發人員可以使用任務周期來安排任務。在這些系統中，周期最短的任務優先級最高。

只有在你選擇了調度方法之后，你才能正確設置任務優先級。（我看到很多開發人員只是猜測）。

三、使用RMS驗證任務是否可調度

大多數使用 RTOS 的嵌入式系統中使用的調度算法是基于周期的調度，也稱為速率單調調度（Rate Monotonic Scheduling）。

多年來，人們對如何使用 RMS 正確安排任務進行了大量研究。通常，RMS 附帶了開發人員需要牢記的幾個假設。

首先，RMS 假設任務是周期性的并且它們也是獨立的。這意味著，如果你有一個非周期性任務，在分析中我們會假設為它提供一些周期性時間。

接下來，RMS 假設 RTOS 使用搶占式調度。它還假設所有任務都相等并且最壞情況的執行時間是恒定的。

我經常發現 RMS 非常適合對我開發的 RTOS 應用程序架構是否有意義或者我是否在錯誤的方向進行完整性檢查。

例如，我可以假設具有以下任務的系統的行為方式并確定它是否可以成功調度其任務：

對于使用 RMS 的系統，對于具有無限數量任務的系統，所有這些任務的 CPU 使用率必須低于 69.3%。對于上述系統，我們可以看到總利用率為 52%，這意味著它們應該是可調度的。

四、使用同步和數據流圖

在使用由外向內（outside-in）的方法確定我在應用程序中需要的所有任務后，我通常會創建一個同步和數據流圖。此圖的目的是：

映射系統中所有數據的來源

映射數據如何從其源轉移到系統中的任務

映射如何存儲和訪問該數據

映射如何使用該數據來生成系統輸出

早些時候，我以連接互聯網的恒溫器為例。下面是我們可能為該應用程序制作的數據流和同步圖。

如您所見，此圖不僅可以幫助我們了解數據如何在系統中移動，還可以幫助我們了解應用程序中所需的 RTOS 組件，例如：

隊列

流緩沖區

信號量

互斥體

如果沒有這樣的圖表，開發團隊必然會遇到開發和維護問題。

五、預先定義任務和消息界面接口

一旦創建了數據流圖，就很容易開始對應用程序進行編碼。

這無疑會在一段時間內順利進行，但我發現如果開發人員不花時間預先仔細定義任務和消息接口，它可能會導致返工。

雖然數據流圖通常顯示數據如何通過應用程序傳播，但它并不一定要求定義數據結構。

目標是預先檢查每個消息隊列，然后為這些消息構建結構。這很重要，因為它將定義消息的外觀，而且還將有助于任何底層模塊的接口的外觀。例如，管理一系列閥門的任務可能需要包含以下內容的消息：

閥門 ID

閥門狀態

閥門所需的時間

再說一次，它可能會期待：

定義閥門狀態的面罩

準時清單

歸根結底，做事的方式總是不止一種，一種不一定比另一種更好。但是，在為支持任務執行的其他模塊構建接口時，了解正在傳遞的消息將有所幫助。

結論

實時操作系統比以往任何時候都更多地用于開發實時應用程序。

我們在今天的文章中探討了幾個技巧，這些技巧不僅可以幫助讀者創建更清晰、更靈活的 RTOS 應用程序，還可以幫助他們傳達應用程序的設計意圖。這些技巧應該可以幫助讀者快速開始他們的應用程序開發.

審核編輯：湯梓紅