EmbeddedSoftwareLearn1/04-实时操作系统/README.md

🟣 第四层：实时操作系统（RTOS）

本模块介绍嵌入式 RTOS（如 FreeRTOS）的基础知识、任务调度机制、资源管理方式以及在实际项目中的使用模式。

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🔹 RTOS 基础概念

什么是 RTOS？

• RTOS（Real-Time Operating System）是用于嵌入式设备中的轻量级操作系统，能提供任务调度、时间管理、资源管理等功能。
• 特点：确定性、实时性、多任务调度、资源隔离

常见 RTOS

• FreeRTOS（开源、广泛使用）
• RT-Thread（国产开源，图形化支持强）
• CMSIS-RTOS（ARM 标准接口）
• Zephyr（Linux 基金会支持，适合物联网）

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🔹 任务管理

创建任务

xTaskCreate(TaskFunction_t pxTaskCode,
            const char * const pcName,
            configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth,
            void *pvParameters,
            UBaseType_t uxPriority,
            TaskHandle_t *pxCreatedTask);

任务状态

• Ready：就绪状态
• Running：运行中
• Blocked：等待事件/超时
• Suspended：挂起
• Deleted：已删除

任务优先级与调度算法

• 抢占式优先调度（Preemptive）
• 时间片轮转调度（Time Slicing）

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🔹 时间管理

延时与定时

vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000));  // 延时 1 秒

软件定时器

xTimerCreate();
xTimerStart();

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🔹 线程间通信

队列（Queue）

• 用于任务间数据传递（FIFO 结构）

xQueueCreate();
xQueueSend();
xQueueReceive();

信号量（Semaphore）

• 二值信号量（同步）
• 计数信号量（共享资源数量）
• 互斥信号量（用于资源保护）

消息队列（Message Queue）

• 用于传递结构化数据或消息结构体

事件组（Event Group）

• 类似标志位，可用于多任务同步

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🔹 资源管理

内存管理方式

• 静态分配（推荐）
• 动态分配（需要注意碎片与失败处理）

临界区保护

taskENTER_CRITICAL();
taskEXIT_CRITICAL();

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🔹 FreeRTOS 配置与移植

配置项（FreeRTOSConfig.h）

• configUSE_PREEMPTION：是否使用抢占式调度
• configMAX_PRIORITIES：最大任务优先级数
• configMINIMAL_STACK_SIZE：最小栈空间大小

移植步骤

1. 提供 SysTick 定时器实现
2. 提供上下文切换代码（汇编）
3. 编写启动任务入口函数 vTaskStartScheduler()

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🔹 实践应用场景

• 多任务协同：传感器数据采集 + 通信模块处理
• 响应式控制：定时器 + 外部中断 + 优先级控制
• 任务调度机制优化（任务嵌套/抢占/时间片轮转）