裸機系統(tǒng)與多線程系統(tǒng)的區(qū)別

時間：2020-08-25 23:47:26

關鍵字：多線程

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[導讀]很多初學者都是從裸機開始學起，不能明白裸機和操作系統(tǒng)的區(qū)別。甚至有不少人認為用中斷就能代替多任務處理，你認同嗎？

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編輯整理：ZhengN

素材來源：RT-Thread書籍

很多初學者都是從裸機開始學起，不能明白裸機和操作系統(tǒng)的區(qū)別。甚至有不少人認為用中斷就能代替多任務處理，你認同嗎？

裸機系統(tǒng)

裸機系統(tǒng)通常分成輪詢系統(tǒng)和前后臺系統(tǒng)。

1、輪詢系統(tǒng)

輪詢系統(tǒng)即是在裸機編程的時候，先初始化好相關的硬件，然后讓主程序在一個死循環(huán)里面不斷循環(huán)，順序地做各種事情，大概的偽代碼具體如代碼清單 1-1所示：

int main(void)
{
 ?/* 硬件相關初始化 */
 ?HardWareInit();

 ?/* 無限循環(huán) */
 ?for (;;) {
 ? ?/* 處理事情 1 */
 ? ?DoSomething1();

 ? ?/* 處理事情 2 */
 ? ?DoSomethingg2();

 ? ?/* 處理事情 3 */
 ? ?DoSomethingg3();
 ?}
}

輪詢系統(tǒng)是一種非常簡單的軟件結構，通常只適用于那些只需要順序執(zhí)行代碼且不需要外部事件來驅動的就能完成的事情。在代碼清單 1-1 中，如果只是實現 LED 翻轉，串口輸出，液晶顯示等這些操作，那么使用輪詢系統(tǒng)將會非常完美。但是，如果加入了按鍵操作等需要檢測外部信號的事件，用來模擬緊急報警，那么整個系統(tǒng)的實時響應能力就不會那么好了。

假設DoSomethingg3 是按鍵掃描，當外部按鍵被按下，相當于一個警報，這個時候，需要立馬響應，并做緊急處理，而這個時候程序剛好執(zhí) 行到 DoSomethingg1 ，要命的是DoSomethingg1 需要執(zhí)行的時間比較久，久到按鍵釋放之后都沒有執(zhí)行完畢，那么當執(zhí)行到 DoSomethingg3 的時候就會丟失掉一次事件。足見，輪詢系統(tǒng)只適合順序執(zhí)行的功能代碼，當有外部事件驅動時，實時性就會降低。

2、前后臺系統(tǒng)

相比輪詢系統(tǒng)，前后臺系統(tǒng)是在輪詢系統(tǒng)的基礎上加入了中斷。外部事件的響應在中斷里面完成，事件的處理還是回到輪詢系統(tǒng)中完成，中斷在這里我們稱為前臺， main 函數里面的無限循環(huán)我們稱為后臺，大概的偽代碼見代碼清單 1-2所示：

int flag1 = 0;
int flag2 = 0;
int flag3 = 0;

int main(void)
{
 ?/* 硬件相關初始化 */
 ?HardWareInit();

 ?/* 無限循環(huán) */
 ?for (;;) {
 ? ?if (flag1) {
 ? ? ?/* 處理事情 1 */
 ? ? ?DoSomething1();
 ? ?}

 ? ?if (flag2) {
 ? ? ?/* 處理事情 2 */
 ? ? ?DoSomethingg2();
 ? ?}

 ? ?if (flag3) {
 ? ? ?/* 處理事情 3 */
 ? ? ?DoSomethingg3();
 ? ?}
 ?}
}

void ISR1(void)
{
 ?/* 置位標志位 */
 ?flag1 = 1;
 ?/* 如果事件處理時間很短，則在中斷里面處理
 ?如果事件處理時間比較長，在回到后臺處理 */
 ?DoSomething1();
}

void ISR2(void)
{
 ?/* 置位標志位 */
 ?flag2 = 2;

 ?/* 如果事件處理時間很短，則在中斷里面處理
 ?如果事件處理時間比較長，在回到后臺處理 */
 ?DoSomething2();
}

void ISR3(void)
{
 ?/* 置位標志位 */
 ?flag3 = 1;
 ?/* 如果事件處理時間很短，則在中斷里面處理
 ?如果事件處理時間比較長，在回到后臺處理 */
 ?DoSomething3();
}

在順序執(zhí)行后臺程序的時候，如果有中斷來臨，那么中斷會打斷后臺程序的正常執(zhí)行流，轉而去執(zhí)行中斷服務程序，在中斷服務程序里面標記事件，如果事件要處理的事情很簡短，則可在中斷服務程序里面處理，如果事件要處理的事情比較多，則返回到后臺程序里面處理。

雖然事件的響應和處理是分開了，但是事件的處理還是在后臺里面順序執(zhí)行的，但相比輪詢系統(tǒng)，前后臺系統(tǒng)確保了事件不會丟失，再加上中斷具有可嵌套的功能，這可以大大的提高程序的實時響應能力。在大多數的中小型項目中，前后臺系統(tǒng)運用的好，堪稱有操作系統(tǒng)的效果。

多線程系統(tǒng)

相比前后臺系統(tǒng)，多線程系統(tǒng)的事件響應也是在中斷中完成的，但是事件的處理是在線程中完成的。在多線程系統(tǒng)中，線程跟中斷一樣，也具有優(yōu)先級，優(yōu)先級高的線程會被優(yōu)先執(zhí)行。

當一個緊急的事件在中斷被標記之后，如果事件對應的線程的優(yōu)先級足夠高，就會立馬得到響應。相比前后臺系統(tǒng)，多線程系統(tǒng)的實時性又被提高了。多線程系統(tǒng)大概的偽代碼具體見代碼清單 1-3所示：

int flag1 = 0;
int flag2 = 0;
int flag3 = 0;

int main(void)
{
 ?/* 硬件相關初始化 */
 ?HardWareInit();

 ?/* OS 初始化 */
 ?RTOSInit();

 ?/* OS 啟動，開始多線程調度，不再返回 */
 ?RTOSStart();
}

void ISR1(void)
{
 ?/* 置位標志位 */
 ?flag1 = 1;
}

void ISR2(void)
{
 ?/* 置位標志位 */
 ?flag2 = 2;
}

void ISR3(void)
{
 ?/* 置位標志位 */
 ?flag3 = 1;
}

void DoSomething1(void)
{
 ?/* 無限循環(huán)，不能返回 */
 ?for (;;) {
 ? ?/* 線程實體 */
 ? ?if (flag1) {

 ? ?}
 ?}
}

void DoSomething2(void)
{
 ?/* 無限循環(huán)，不能返回 */
 ?for (;;) {
 ? ?/* 線程實體 */
 ? ?if (flag2) {

 ? ?}
 ?}
}

void DoSomething3(void)
{
 ?/* 無限循環(huán)，不能返回 */
 ?for (;;) {
 ? ?/* 線程實體 */
 ? ?if (flag3) {

 ? ?}
 ?}
}