今天带着大家了解和学习一下 FREERTOS..
 
嵌入式领域中,嵌入式实时操作系统正得到越来越广泛的应用。采用嵌入式实时操作系统(RTOS)可以更合理、更有效地利用 CPU 的资源,简化应用软件的设计,缩短系统开发时间,更好地保证系统的实时性和可靠性。由于 RTOS 需占用一定的系统资源(尤其是 RAM 资源),只有μC/OS-II、embOS、salvo、FreeRTOS 等少数实时操作系统能在小 RAM 单片机上运行。相对于 C/OS-II、embOS 等商业操作系统,FreeRTOS 操作系统是完全免费的操作系统,具有源码公开、可移植、可裁减、调度策略灵活的特点,可以方便地移植到各种单片机上运行。。。
    
 
1. 为什么学习 RTOS?
       
作为基于 ARM7、Cortex-M3 硬件开发的嵌入式工程师,我一直反对使用 RTOS。不仅因为不恰当的使用 RTOS 会给项目带来额外的稳定性风险,更重要的是我认为绝大多数基于 ARM7、Cortex-M3 硬件的项目,还没复杂到使用 RTOS 的地步,使用状态机就足够了。
 
对于现代的微处理器,特别是资源相对丰富 ARM7、Cortex-M3 硬件来说,RTOS 占用的硬件资源已经越来越可以忽略。所以在当今环境下,我们无需担心 RTOS 会拖累性能。相反,RTOS 提供的事件驱动型设计方式,使得 RTOS 只是在处理实际任务时才会运行,这能够更合理的利用 CPU。在实际项目中,如果程序等待一个超时事件,传统的无 RTOS 情况下,要么在原地一直等待而不能执行其它任务,要么使用复杂(相对 RTOS 提供的任务机制而言)的状态机机制。如果使用 RTOS,则可以很方便的将当前任务阻塞在该事件下,然后自动去执行别的任务,这显然更方便,并且可以高效的利用 CPU。处理这类事件,是我使用 RTOS 的最大动力,但考虑到系统的稳定性,我不得不再三权衡 RTOS 可能带来的一些弊端:
 
1. 大多数 RTOS 代码都具有一定规模,任何代码都可能带来 BUG,何况是代码具有一定规模的 RTOS,因此引入 RTOS 的同时也可能会引入该 RTOS 的 BUG,这些 RTOS 本身的 BUG 一旦被触发,影响可能是是灾难性的。
 
2. 熟练的使用 RTOS 是一项技能,需要专业的知识储备和长期的经验积累。不将 RTOS 分析透彻,很容易为项目埋下错误。典型的,像中断优先级、任务堆栈分配、可重入等,都是更容易出错的地方。
 
3.RTOS 的优先级嵌套使得任务执行顺序、执行时序更难分析,甚至变成不可能。任务嵌套对所需的最大堆栈 RAM 大小估计也变得困难。这对于很多对安全有严格要求的场合是不可想象的。
 
4.RTOS 应该用于任务复杂的场合,以至于对任务调度的需求可以抵消 RTOS 所带来的稳定性影响,但大部分的应用并非复杂到需要 RTOS。
 
以上原因是我拒绝在实际项目中使用 RTOS 的理由,但是否使用 RTOS 跟是否学习 RTOS 完全是两码事。我认为任何嵌入式软件设计人员都应该至少学习一种 RTOS,不仅是需要掌握 RTOS 背后的操作系统原理、学习 RTOS 的编程方式,更是为将来做准备。
 
即便我认为现在的物联网有点言过其实,但我依然看好物联网的发展前景。随着物联网的发展,未来的嵌入式产品必然更为复杂、连接性更强以及需要更丰富的用户界面。当处理这些任务时,一个好的 RTOS 就变得不可缺少了。
 
书到用时方恨少,我希望自己永远不会有这种感觉。所以从现在起,我要开始深入一个 RTOS,探索它背后的原理,掌握其编程方法,避免其缺陷和陷阱,并将它安全的用在将来的项目中。
 
2. 为什么选用 FreeRTOS?
 
对比了许多 RTOS,最终选择 FreeRTOS,原因是多方面的:
 
1.SafeRTOS 便是基于 FreeRTOS 而来,前者是经过安全认证的 RTOS,因此对于 FreeRTOS 的安全性也有了信心。
 
2. 大量开发者使用,并保持高速增长趋势。2011、2012、2013、2014、2015、2017 年(暂时没有 2016 年的数据)的 EEtimes 杂志嵌入式系统市场报告显示,FreeRTOS 在 RTOS 内核使用榜和 RTOS 内核计划使用榜上都名列前茅。更多的人使用可以促进发现 BUG,增强稳定性。
 
3. 简单。内核只有 3 个 .c 文件,全部围绕着任务调度,没有任何其它干扰,便于理解学习。而且,我根本不需要其它繁多的功能,只要任务调度就够了。
 
4. 文档齐全。在 FreeRTOS 官方网站上,可以找到所有你需要的资料。
 
5. 免费、开放源码。完全可以免费用于商业产品,开放源码更便于学习操作系统原理、从全局掌握 FreeRTOS 运行机理、以及对操作系统进行深度裁剪以适应自己的硬件。
 
学习的资料来源主要是 FreeRTOS 的官方网站(www.freertos.org)和源代码。FreeRTOS 的创始人 RichardBarry 编写了大量的移植代码和配套文档,我只不过是沿着 Richard Barry 铺好的路前进,所以,这没什么困难的。