FreeRTOS操作系統(tǒng) 如何學習FreeRTOS操作系統(tǒng)？
一、什么是FreeRTOS ?
在嵌入式領(lǐng)域中，嵌入式實時操作系統(tǒng)正得到越來越廣泛的應(yīng)用。采用嵌入式實時操作系統(tǒng)(RTOS)可以更合理、更有效地利用CPU的資源，簡化應(yīng)用軟件的設(shè)計，縮短系統(tǒng)開發(fā)時間，更好地保證系統(tǒng)的實時性和可靠性。
在嵌入式領(lǐng)域，F(xiàn)reeRTOS是不多的同時具有實時性，開源性，可靠性，易用性，多平臺支持等特點的嵌入式操作系統(tǒng)。目前，F(xiàn)reeRTOS已經(jīng)發(fā)展到支持包含X86，Xilinx，Altera等多達30種的硬件平臺，其廣闊的應(yīng)用前景已經(jīng)越來越受到業(yè)內(nèi)人士的矚目。
FreeRTOS是一個迷你的實時操作系統(tǒng)內(nèi)核。作為一個輕量級的操作系統(tǒng)，功能包括：任務(wù)管理、時間管理、信號量、消息隊列、內(nèi)存管理、記錄功能、軟件定時器、協(xié)程等，可基本滿足較小系統(tǒng)的需要。由于RTOS需占用一定的系統(tǒng)資源(尤其是RAM資源)，只有μC/OS-II、embOS、salvo、FreeRTOS等少數(shù)實時操作系統(tǒng)能在小RAM單片機上運行。相對μC/OS-II、embOS等商業(yè)操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS操作系統(tǒng)是完全免費的操作系統(tǒng)，具有源碼公開、可移植、可裁減、調(diào)度策略靈活的特點，可以方便地移植到各種單片機上運行，其最新版本為10.3.1版。
作為一個輕量級的操作系統(tǒng)，F(xiàn)reeRTOS提供的功能包括：任務(wù)管理、時間管理、信號量、消息隊列、內(nèi)存管理、記錄功能等，可基本滿足較小系統(tǒng)的需要。FreeRTOS內(nèi)核支持優(yōu)先級調(diào)度算法，每個任務(wù)可根據(jù)重要程度的不同被賦予一定的優(yōu)先級，CPU總是讓處于就緒態(tài)的、優(yōu)先級最高的任務(wù)先運行。FreeRTOS內(nèi)核同時支持輪換調(diào)度算法，系統(tǒng)允許不同的任務(wù)使用相同的優(yōu)先級，在沒有更高優(yōu)先級任務(wù)就緒的情況下，同一優(yōu)先級的任務(wù)共享CPU的使用時間。
FreeRTOS的內(nèi)核可根據(jù)用戶需要設(shè)置為可剝奪型內(nèi)核或不可剝奪型內(nèi)核。當FreeRTOS被設(shè)置為可剝奪型內(nèi)核時，處于就緒態(tài)的高優(yōu)先級任務(wù)能剝奪低優(yōu)先級任務(wù)的CPU使用權(quán)，這樣可保證系統(tǒng)滿足實時性的要求;當FreeRTOS被設(shè)置為不可剝奪型內(nèi)核時，處于就緒態(tài)的高優(yōu)先級任務(wù)只有等當前運行任務(wù)主動釋放CPU的使用權(quán)后才能獲得運行，這樣可提高CPU的運行效率。
二、為什么要學習RTOS?
作為基于ARM7、Cortex-M3硬件開發(fā)的嵌入式工程師，我一直反對使用RTOS。不僅因為不恰當?shù)氖褂肦TOS會給項目帶來額外的穩(wěn)定性風險，更重要的是我認為絕大多數(shù)基于ARM7、Cortex-M3硬件的項目，還沒復(fù)雜到使用RTOS的地步，使用狀態(tài)機就足夠了。
對于現(xiàn)代的微處理器，特別是資源相對豐富ARM7、Cortex-M3硬件來說，RTOS占用的硬件資源已經(jīng)越來越可以忽略。所以在當今環(huán)境下，我們無需擔心RTOS會拖累性能。相反，RTOS提供的事件驅(qū)動型設(shè)計方式，使得RTOS只是在處理實際任務(wù)時才會運行，這能夠更合理的利用CPU。在實際項目中，如果程序等待一個超時事件，傳統(tǒng)的無RTOS情況下，要么在原地一直等待而不能執(zhí)行其它任務(wù)，要么使用復(fù)雜(相對RTOS提供的任務(wù)機制而言)的狀態(tài)機機制。如果使用RTOS，則可以很方便的將當前任務(wù)阻塞在該事件下，然后自動去執(zhí)行別的任務(wù)，這顯然更方便，并且可以高效的利用CPU。
三、安全地連接、編程、部署和管理低功耗設(shè)備
FreeRTOS 支持傳輸層安全性 (TLS v1.2)，可以幫助您的設(shè)備安全連接到 AWS。您還可以輕松將常用的 IoT 功能編程到設(shè)備中，其中包括使用 Wi-Fi 或以太網(wǎng)等常見連接選項來幫助將設(shè)備配置到本地網(wǎng)絡(luò)的軟件庫，或者使用低功耗藍牙技術(shù)連接到移動設(shè)備。FreeRTOS 還提供了一個無線 (OTA) 更新庫，通過增強功能或安全補丁來遠程更新設(shè)備。它還具備代碼簽名功能，可以確保您的設(shè)備代碼在部署和 OTA 更新過程中不會泄露。
四、幾點初學者建議
第一點：初學者學習操作系統(tǒng)，那必須是先學習內(nèi)核，學習內(nèi)核處理的思想，跳出裸機處理的思想，那么選擇的內(nèi)核必然是由簡單到深入。
第二點：學習內(nèi)核的話，文檔說明必須要豐富，目前有很多書是寫ucos跟FreeRTOS的，很多人都覺得這兩個rtos非常好，那人家做了那么多年，確實也是非常好的啦，ucos上過火星;FreeRTOS開源免費，是全球最多人使用的rtos，我肯定不否認這些不好啦。但是我還是推薦國內(nèi)的。ucos實現(xiàn)太臃腫，安全做的非常好，很多情況都考慮了，但是作為初學者，你會有那么多情況產(chǎn)生嗎，肯定不會的，沒必要學。FreeRTOS實現(xiàn)幾乎都是通過宏定義提供給開發(fā)者，實現(xiàn)過程也是很直觀明了，但是內(nèi)核代碼行數(shù)還是太多了，我不推薦(即使我的第一個rtos也是學習FreeRTOS)。
第三點：目前rt-thread的書籍與例程非常豐富了，比如野火的《rt-thread內(nèi)核實現(xiàn)與應(yīng)用開發(fā)實戰(zhàn)指南》，比如rt-thread官方出版的《RT-Thread編程指南》，都是很不錯的資料。而TencentOS tiny資料較少，說不定我能給它整一個全網(wǎng)首發(fā)TencentOS tiny內(nèi)核實現(xiàn)的系列文章
第四點：關(guān)于rtos內(nèi)核，真的是一通百通的!!!各種ICP通信的同步、互斥、阻塞機制，真的是一樣的處理思想，大同小異的實現(xiàn)過程，相信我。
五、工業(yè)應(yīng)用程序
工業(yè)客戶利用基于微控制器的設(shè)備，這些設(shè)備會生成關(guān)于業(yè)務(wù)關(guān)鍵型工作負載的數(shù)據(jù)。工業(yè)傳感器、致動器、泵和自動化組件均使用微控制器，因為它們成本低、功耗低，并且可以執(zhí)行實時操作。例如，石油鉆塔上的單個泵由微控制器控制，如果出現(xiàn)故障，則可能會完全關(guān)閉。借助 FreeRTOS，這些客戶可以通過直接連接到云來收集系統(tǒng)性能和壓力方面的數(shù)據(jù)，并通過 AWS IoT Greengrass 在本地實時采取關(guān)鍵措施來防止出現(xiàn)此類破壞性中斷。
FreeRTOS 可以幫助電器、可穿戴技術(shù)或智能照明制造商等消費產(chǎn)品公司針對各種產(chǎn)品和型號，將基于微控制器的設(shè)備開發(fā)、交付和維護過程標準化。FreeRTOS 提供單個微控制器操作系統(tǒng)，它可以支持具有不同功率和容量的各種微控制器硬件。這樣，這些公司便可以專注于產(chǎn)品創(chuàng)新，無需面對跨多個產(chǎn)品線開發(fā)軟件的復(fù)雜性。此外，通過 OTA 更新功能，F(xiàn)reeRTOS 還能安全更新使用中的現(xiàn)有消費產(chǎn)品的功能。
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