初学者如何选择RTOS功能？

正点原子运营 · 发表于 2021-7-16 10:17:05

本帖最后由正点原子运营于 2021-11-1 10:41 编辑

以下文章摘自微信公众号——开源电子网《初学者如何选择RTOS功能？》
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RTOS可以说是现在学习嵌入式必修的一门科目，由于它占用资源小、支持多任务等特点，常被用于工业控制、智能家居中。但当初学者学习完一种RTOS(例如UCOS，Free-RTOS，RT-Thread)后，会发现RTOS支持的功能十分多，有信号量、邮箱、事件、消息队列…,在实际的应用中，也会有这种困惑—那就是我该选取哪种RTOS功能在我的项目中?那么本文就带你梳理一下RTOS常见的功能，以及在实际应用中，该如何选取RTOS的功能。文章针对初学者而写，文本的语言都采用通俗易懂的方式，如有高手路过，可以继续赶路。

先看一下RTOS的常见功能都有哪些?下面列举了一下RTOS常见功能。

① 信号量
② 互斥锁
③ 自旋锁
④ 消息队列
⑤ 工作队列
⑥ 事件
⑦ 邮箱

看到上面这么多种功能，初学者可能就会比较蒙的，其实我们可以简单划分一下上面这些功能的使用场合，我们分成两类，第一类是以访问控制为主，第二类是以消息的传递为主。(有些RTOS功能可能具有上述两类的特征，那我们就按照常见的使用场合划分它)那么第一类就是信号量、互斥锁、自旋锁、事件。第二类就是消息队列、工作队列、邮箱。

首先来个简单的图示，说明一下这两类的关系和联系(不准确的描述，针对初学者)。

  这样一梳理起来想必你就没那么乱了，那么下面我们再具体分析一下各种类之间的区别和如何选用RTOS功能。

01 以访问控制为主的RTOS功能之间的区别

  以访问控制为主的RTOS功能的作用一般是进行资源的管理和任务的同步。简单来理解一下，资源管理就像你的开发板只有一块LCD屏幕，有一个任务想控制LCD显示全黑，但是另一个任务想控制LCD显示全白，两个任务同时执行，那么LCD到底是显示黑色还是白色啊?这是自相矛盾的。

  而任务的同步就像一个任务是用来初始化LED，另一个任务是使LED亮起来，那么两个任务同时执行，如果初始化LED的任务没有执行，那另外一个任务就不能使LED亮起来。对于上述两种情况，我们就要用到RTOS的一些功能进行访问控制或者任务同步，这样不同任务间才能“协调办事”。
　
1，    先看一下信号量，这是个简单高效的RTOS功能，大致的原理你可以理解为用一个变量进行访问控制，变量为负数，就是该资源不可用/任务未完成，变量为正就是资源可用/其它任务可继续进
         行。
　
2，    互斥信号量，相当于加入优先级调整的信号量，获取到信号量的任务的优先级可以被提高。

3，    自旋锁，主要解决处理器是多内核的情况，可以大概认为是信号量的加强版，但效率没有信号量这么高。
　
4，    事件，这个常用在多任务的同步，信号量一般是单个任务与单个任务同步，事件简单点理解就是多信号量，有一个任务同意我运行还不行，还得等待另一个任务的同意。

  总结一下，如果我们做一个项目，任务间要同步或者资源要管理，该选择哪一个?那得看你在什么场合使用了。如果使用的是多内核的CPU，首先考虑自旋锁。如果是单核CPU首先考虑互斥信号量(因为它带优先级调整策略)。以STM32做主控芯片为例，首先考虑互斥信号量，但是如果你并不在乎这点优先级的效率，那就考虑信号量(简单高效)，如果任务的同步或者资源需求比较复杂，那就考虑一下使用事件这种功能。

02 以消息传递为主的RTOS功能之间的区别

  以消息传递为主的RTOS功能，最重要的当然是任务间的通讯问题，例如有一个任务控制着LCD显示温度、湿度、大气压等信息，而第二个任务就是采集温度、湿度和大气压的信息，那么第二个任务就要发消息告诉第一个任务自己获得的消息(他们之间其实也有着访问控制功能，不然第一个任务就不知道自己显示什么了，此处我们认为它的功能是以传递消息为主)。
　
1，    先看一下消息队列，大致可以理解成将消息组成队列，然后发送，这种方式较简单高效。

2，    邮箱，简单理解就是消息队列的简化版，发送的消息一般是定长的，简化的目的就是让效率再高一点。

3，    工作队列，这个很特殊，严格来讲，它是发消息给系统，让系统延时或者不延时执行某个函数。

总结一下，如果我们做一个项目，任务间要传递消息，那么该选择哪一个RTOS功能比较好?那也是得看应用场合。通常先考虑邮箱，因为它最高效嘛，但是如果要发送的消息太长，那就选择消息队列。如果要通知系统执行某些任务，那就先考虑工作队列了。