RTOS真的是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嗎？

作者 | strongerHuang微信公眾號(hào)?|?strongerHuang

RTOS：Real Time Operating System，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。那么，到底啥是實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)呢？它真的實(shí)時(shí)嗎？

關(guān)于RTOS

RTOS：Real?Time?Operating?System，即實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

來(lái)自百度百科的解釋?zhuān)簩?shí)時(shí)操作系統(tǒng)是指當(dāng)外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時(shí)，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結(jié)果又能在規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)來(lái)控制生產(chǎn)過(guò)程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)做出快速響應(yīng)，調(diào)度一切可利用的資源完成實(shí)時(shí)任務(wù)，并控制所有實(shí)時(shí)任務(wù)協(xié)調(diào)一致運(yùn)行的操作系統(tǒng)。

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，體現(xiàn)的重點(diǎn)是實(shí)時(shí)（及時(shí)響應(yīng)）。簡(jiǎn)單說(shuō)就是程序能及時(shí)的解決、處理一些比較急的事情，而不會(huì)出現(xiàn)“卡機(jī)”等情況。

比如：一個(gè)運(yùn)動(dòng)的小車(chē)，傳感器檢測(cè)到前方有障礙物，要立馬減速、停車(chē)，而不是半天才反應(yīng)過(guò)來(lái)（反應(yīng)慢了就會(huì)撞上去）。

與裸機(jī)相比從裸機(jī)轉(zhuǎn)RTOS的同學(xué)，就會(huì)拿裸機(jī)與RTOS相比較：

• RTOS相比裸機(jī)有什么優(yōu)點(diǎn)？
• RTOS相比裸機(jī)更方便嗎？......

我可以肯定的說(shuō)：RTOS相比裸機(jī)更方便，優(yōu)點(diǎn)也更多。當(dāng)然，前提是MCU資源（Flash、RAM）能滿(mǎn)足需求。

因?yàn)樵缙诘腗CU資源相對(duì)匱乏，比如Flash低于10K，RAM低于1K，這個(gè)時(shí)候用RTOS，優(yōu)點(diǎn)就不明顯，反而更容易暴露缺點(diǎn)。

但現(xiàn)在MCU資源相對(duì)比較多，動(dòng)輒超過(guò)1M的Flash、 100K的RAM，這種情況下，如果跑裸機(jī)，我感覺(jué)太浪費(fèi)MCU資源了。

與分時(shí)操作系統(tǒng)相比很多人會(huì)聯(lián)想到分時(shí)操作系統(tǒng)（TSOS），RTOS和TSOS有什么區(qū)別？各自有什么特點(diǎn)？

現(xiàn)在的處理器速度相對(duì)更快了，分時(shí)操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)能力也很高了。它們的區(qū)別其實(shí)可以從字面意思上理解，分時(shí)就是分為時(shí)間片，這個(gè)時(shí)間片很小，一般us級(jí)別甚至更低。

你了解一下TSOS分時(shí)操作系統(tǒng)的調(diào)度機(jī)制，你就會(huì)更加明白二者之間的區(qū)別了。

這一節(jié)可以參看我的之前分享的文章：RTOS和TSOS有什么區(qū)別？

RTOS真的實(shí)時(shí)嗎？

回到今天的話題：RTOS真的實(shí)時(shí)嗎？

嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，RTOS也不是實(shí)時(shí)響應(yīng)并處理緊急的事情，只是在很短時(shí)間（一般ms級(jí)別）就做出了響應(yīng)，給人感覺(jué)就是實(shí)時(shí)在響應(yīng)。

單個(gè)CPU，在同一個(gè)時(shí)間只能處理一件事（只能執(zhí)行一處程序），你創(chuàng)建了任務(wù)1、 任務(wù)2、 任務(wù)3......等多個(gè)任務(wù)，CPU在執(zhí)行的時(shí)候都是輪流（按照優(yōu)先級(jí)）執(zhí)行。

1.系統(tǒng)滴答

RTOS實(shí)時(shí)響應(yīng)有一個(gè)重要的配置，那就是系統(tǒng)滴答（SysTick）。

比如FreeRTOSConfig.h

#define configTICK_RATE_HZ        ((TickType_t)1000)

再比如μCOS系統(tǒng)的os_cfg.h

#define OS_TICKS_PER_SEC        1000u

系統(tǒng)滴答決定了你RTOS底層調(diào)度的時(shí)間大小，如果設(shè)置1000，那么1ms就會(huì)調(diào)度一次，也就說(shuō)1ms會(huì)做出一次響應(yīng)。

拿上面小車(chē)遇到障礙物為例：傳感器檢測(cè)到障礙物，通知更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)進(jìn)行剎車(chē)，這個(gè)過(guò)程只需要1ms就會(huì)得到響應(yīng)。

你肯定說(shuō)：那我設(shè)置10000，是不是0.1ms就會(huì)做出響應(yīng)？是不是系統(tǒng)滴答越大越好？

按理說(shuō)系統(tǒng)滴答值越大響應(yīng)越快，但系統(tǒng)調(diào)度也是需要占用時(shí)間：

調(diào)度的時(shí)間長(zhǎng)度不變，如果N到N+1之間時(shí)間越短（滴答），留給執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間就越短。

所以，滴答值也不是越大越好，需要一個(gè)合理的值，可以參看：RTOS滴答Tick設(shè)置多少才合適？

2.硬件中斷

從裸機(jī)開(kāi)發(fā)轉(zhuǎn)RTOS的同學(xué)就有這樣一個(gè)思維：我用中斷就能做到實(shí)時(shí)響應(yīng)。

的確，中斷能做到實(shí)時(shí)響應(yīng)，但不能滿(mǎn)足大部分需求。

拿上面小車(chē)剎車(chē)來(lái)說(shuō)：比如檢測(cè)到前方障礙物立刻做出中斷響應(yīng)，此刻執(zhí)行減速的動(dòng)作，這個(gè)動(dòng)作假如是S曲線（減減速）剎車(chē)，執(zhí)行時(shí)間為1s。

如果你在中斷函數(shù)里面執(zhí)行這個(gè)1s剎車(chē)動(dòng)作，CPU就不會(huì)做其他事情了，這樣你覺(jué)得可以嗎？

硬件中斷只能做出一個(gè)“緊急通知”，不能做出（耗時(shí)的）執(zhí)行動(dòng)作。

RTOS結(jié)合硬件中斷就能完美解決這個(gè)問(wèn)題，中斷通知高優(yōu)先級(jí)任務(wù)執(zhí)行剎車(chē)減速的動(dòng)作，但這個(gè)過(guò)程可能需要1ms。

所以，你會(huì)發(fā)現(xiàn)RTOS并非真正的實(shí)時(shí)，只是這個(gè)時(shí)間很短，你感覺(jué)不出來(lái)。