【连载】嵌入式OS入门笔记-以RTX为案例（二）：快速移植到RTX

RaymondKwan

导读：本篇笔记将简单介绍RTX，包括基本架构，如何在Keil中配置。需要安装ARM-MDK和一块硬件板，笔记以STM32F4Discovery为例子。

        1.为什么要用RTOS？

            尽管把所有程序放在一个大的循环里顺序执行，总是可能的（甚至很多时候是足够的胜任任务的），但是这样做有好几个明显的缺点：

       

• 过分依赖中断 ISR（Interrupt Service Routine, 中断服务例程）       
  
• 同步不同的ISR不容易       
  
• 可预测性和延展性很差（大量的ISR，甚至是中断嵌套）       
  
• 对局部的修改会对整个系统有水花效应(没有模块化，牵一发而动全身)
  

        RTOS主要是把要执行的运算包装在小的task里面，这样好的好处是：

       

• 更好的程序流（program flow）和反应       
  
• 多任务（尽管这是假象）       
  
• 简单的ISR，强的决定性       
  
• 更好的进程间通信       
  
• 更好的资源管理       
  
• 最关键的是，开发成本低！
  

            一个不成文的小经验：如果源程序大于1MB，那就有必要用RTOS了！

        2.为什么不要用RTOS？

            当然，也有很多情况下我们不希望用RTOS的：

       

• 项目简单       
  
• 不想学RTOS       
  
• RTOS尽管性能方便出色，但不是最优的！（好比用汇编还是用C，有经验的程序员可以写出比编译器效率更高的代码，可是编译器大大简化开发过程。）如果需要极致性能优化，那可能RTOS不是你的第一选择，毕竟RTOS是有内存和运行overhead的。       
  
• 开发RTOS很耗时间       
  
• 不是所有RTOS都是免费的
  

        3.为什么RTX？

            为什么选RTX不选别的RTOS，例如FreeRTOS？

       

• 免费（royalty-free，买断式的授权）       
  
• 好上手       
  
• 对硬件要求低       
  
• 和ARM软硬件兼容性好（ARM-MDK自带）       
  
• 可以查看源代码
  

            其实主要还是看应用，RTX在行业里声誉还是很好的，稳定性强，开发成本低，而且基本功能齐全。

        4.RTX的结构

            RTX其实是Keil Real-Time Library （RTL）的核心，这个RTL有很多部分的，都是在RTX kernel基础上库。 RTX Kernel本身的话，结构大概如下图：

        主要的组件有：mutex互斥锁，memory pool内存池，mailbox邮箱，time（timer）定时器， event事件， semaphore旗语或信号灯，task management进程管理等等和最核心的Scheduler排程器（进程调度器）。

        5.移植到RTX上很简单！

        移植一个现有的ARM-MDK工程到RTX上非常简单：

        1.在工程配置中选择RTX Kernel作为你的操作系统，如下图：

        2.在你的main.c里添加头文件RTL.H：

        [cpp][/cpp]
        view plaincopyprint?
        1         #include
        #include
        3.复制RTX_Conf_CM.文件到你的工程里。这个文件可以在<>ARMRLRTXConfig 路径下找到。
        4.将你原有的函数改造成task，就是在函数返回类型前添加标记 __task (双下划线) 例如：
        [cpp][/cpp]
        view plaincopyprint?

        2         __task void task(void){

        3         for(;;){

        4         //...

        5         }

        6         }

        __task void task(void){

            for(;;){

                //...

                }

        }

        5.初始化RTX并创建第一个task，例如：
        [cpp][/cpp]

        view plaincopyprint?

        7         os_sys_init(task);

        os_sys_init(task);

        基本就这样，具体的关于Task的API，后面的笔记会继续介绍。

        6.几个相关的文件

        完成上述几步后，你会发现你的工程里主要多了这三个文件：

       

• RTL.h       
  
• RTL_Conf_CM.c       
  
• RTX_lib.c
  

        第一个是整个RTL的API函数签名。第二个是RTX的配置文件，你可以通过configuration wizard提供的GUI去配置你的OS。最后一个是内核的配置文件，有一些可以实时调用的配置函数。

        7.RTX的配置

        这里多说说第二个文件，你可以使用text editor去修改代码，也可以使用configuration wizard，如下图：

        这里先逐项简单介绍这里的选项：

       

• 并行的task数       
  
• 用户设定堆栈的task数       
  
• 预设堆栈大小       
  
• 检查是否堆栈溢出       
  
• 是否在kernel mode下运行？这个意思是一般的task是否也在kernel mode下运行，一般不勾选。       
  
• 硬件时钟，CM系列的Core SysTick就是专门为OS所设置的，所以如果你原来就有用到这个timer的话，你的移植可能会出现问题。       
  
• 硬件时钟频率       
  
• 一个tick的时间，预设是10ms，这个和delay函数和排程器有关       
  
• 是否轮转式排程？       
  
• 轮转式排程的时间片，如果是5，那就是5*10ms=50ms（和tick值有关）       
  
• 用户时钟数       
  
• ISR队列的大小
  

        一般主要调的就时钟频率和排程的设置。

        8.题外话-CMSIS-RTOS 和 RTX

            uVision5提供的RTOS是CMSIS-RTOS，有点让人觉得摸不着头脑。其实CMSIS-RTOS是在RTX上的另一层封装。这样做的意义在于，建立在不同RTOS（例如RTX和FreeRTOS）的项目可以用同一套API。对于大部分ARM的核来说，其实其底层就是RTX。

            所以其实本质上是一个东西，只是API名称不同。使用CMSIS-RTOS 的好处就是稍微强的移植性。但是考虑到ARM的市场占有和他们RTX本身的兼容性，不用CMSIS-RTOS好像更好。而且两层封装，很容易把人弄晕。

            当然，如果有需要，可以参考官方文档：移植RTX到CMSIS-RTOS。