RTOS基础知识

         实时操作系统（RTOS）是一种体积小巧，确定性强（时序可预测的执行模式）的计算机操作系统，通常用于需要在严格时间限制内对外部事件做出反应的嵌入式系统，且RTOS比通用操作系统体积更小，重量更轻，因此非常适用于内存，计算和功率受限的设备。

• FreeRTOS只提供核心的实时调度功能，任务间通信，定时和同步原语。

多任务处理

多任务处理：操作系统在同一时间内通过CPU时间轮转，优先级调度或多队列等方式同时管理多个任务（进程或线程），使每个任务看似每一时刻都独占CPU。

        相比于linux等通用操作系统，像FreeRTOS这样小型的RTOS通常将线程称为任务，由于不支持虚拟内存，因此对于FreeRTOS来说进程与线程之间没有区别。

• FreeRTOS不支持虚拟内存：
  • 所有任务共享同一地址空间（即没有内存保护，任务间可以相互访问内存）；
  • 上下文切换开销更小，调度策略更灵活（优先级抢占为主），更强调确定性（实时性）；
    • 上下文切换开销小的原因：
      • 寄存器集少（通常只有8~16个核心寄存器，而linux除了30+寄存器外，还需要保存页表基地址寄存器，ASID等），因此，上下文保存与恢复量小
      • 无内存管理单元（MMU）开销（无需切换页表，刷新TLB）
      • 栈结构简单，只需保存必要寄存器（每个任务有独立的栈，但都在同一个地址空间）
    • 调度器设计精简，就绪列表只有几个（按优先级分组），查找下一个就绪任务O(1) 复杂度。
  • 每个任务都有独立堆栈，但由于所有任务共享同一地址空间，所以，所有栈也都在同一地址空间，相互之间无隔离，任务间可相互访问栈，因此，当其中一个任务栈溢出时，会破坏其他任务。

实时调度

        实时嵌入式系统旨在对现实世界的事件作出及时响应。这些事件通常有截止时间，实时嵌入式系统必须在此事件之前响应，RTOS调度策略必须确保遵循这些截止时间要求。

• 以优先级为主，确保最高优先级任务能先被执行，若存在多个能够运行的同等最高优先级任务，则可选择在这些任务之间公平地分配处理时间。

kernel 特性

FreeRTOS 锁（信号量）

FreeRTOS任务与协程

FreeRTOS 队列

FreeRTOS任务通知

FreeRTOS软件定时器

FreeRTOS 内存管理

FreeRTOS 事件组 & 钩子函数 & 低功耗支持 & SMP

FreeRTOS debug

参考

FreeRTOS 文档 - FreeRTOS™