5.1 裸機(jī)系統(tǒng)差在哪里？

總結(jié)：RTOS 雖然好，但裸機(jī)系統(tǒng)的適用范圍還是要清楚。從輪詢系統(tǒng)，到前后臺(tái)系統(tǒng)，再到多線程系統(tǒng)，一個(gè)比一個(gè)提高了系統(tǒng)的響應(yīng)能力。

5.1  裸機(jī)系統(tǒng)
裸機(jī)系統(tǒng)通常分成輪詢系統(tǒng)和前后臺(tái)系統(tǒng)，有關(guān)這兩者的具體實(shí)現(xiàn)方式請(qǐng)看下面的講 解。
5.1.1  輪詢系統(tǒng)
輪詢系統(tǒng)即是在裸機(jī)編程的時(shí)候，先初始化好相關(guān)的硬件，然后讓主程序在一個(gè)死循 環(huán)里面不斷循環(huán)，順序地做各種事情，大概的偽代碼具體見(jiàn)代碼清單 5-1。輪詢系統(tǒng)是一 種非常簡(jiǎn)單的軟件結(jié)構(gòu)，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(lái)驅(qū)動(dòng) 的就能完成的事情。在代碼清單 5-1 中，如果只是實(shí)現(xiàn) LED 翻轉(zhuǎn)，串口輸出，液晶顯示等 這些操作，那么使用輪詢系統(tǒng)將會(huì)非常完美。但是，如果加入了按鍵操作等需要檢測(cè)外部
信號(hào)的事件，用來(lái)模擬緊急報(bào)警，那么整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力就不會(huì)那么好了。假設(shè) DoSomething3 是按鍵掃描，當(dāng)外部按鍵被按下，相當(dāng)于一個(gè)警報(bào)，這個(gè)時(shí)候，需要立馬響 應(yīng)，并做緊急處理，而這個(gè)時(shí)候程序剛好執(zhí)行到 DoSomething1，要命的是 DoSomething1 需要執(zhí)行的時(shí)間比較久，久到按鍵釋放之后都沒(méi)有執(zhí)行完畢，那么當(dāng)執(zhí)行到 DoSomething3 的時(shí)候就會(huì)丟失掉一次事件。足見(jiàn)，輪詢系統(tǒng)只適合順序執(zhí)行的功能代碼，當(dāng)有外部事件 驅(qū)動(dòng)時(shí)，實(shí)時(shí)性就會(huì)降低。

5.1.2  前后臺(tái)系統(tǒng)
相比輪詢系統(tǒng)，前后臺(tái)系統(tǒng)是在輪詢系統(tǒng)的基礎(chǔ)上加入了中斷。外部事件的響應(yīng)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(tái)，main 函數(shù) 里面的無(wú)限循環(huán)我們稱為后臺(tái)，大概的偽代碼見(jiàn)代碼清單 5-2。

在順序執(zhí)行后臺(tái)程序的時(shí)候，如果有中斷來(lái)臨，那么中斷會(huì)打斷后臺(tái)程序的正常執(zhí)行
流，轉(zhuǎn)而去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序里面標(biāo)記事件，如果事件要處理的事情很
簡(jiǎn)短，則可在中斷服務(wù)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(tái)程序
里面處理。雖然事件的響應(yīng)和處理是分開了，但是事件的處理還是在后臺(tái)里面順序執(zhí)行的，
但相比輪詢系統(tǒng)，前后臺(tái)系統(tǒng)確保了事件不會(huì)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(shí)時(shí)響應(yīng)能力。在大多數(shù)的中小型項(xiàng)目中，前后臺(tái)系統(tǒng)運(yùn)用的好，堪 稱有操作系統(tǒng)的效果。

5.2  多線程系統(tǒng)
相比前后臺(tái)系統(tǒng)，多線程系統(tǒng)的事件響應(yīng)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(jí)，優(yōu)先級(jí)高的線程會(huì)被
優(yōu)先執(zhí)行。當(dāng)一個(gè)緊急的事件在中斷被標(biāo)記之后，如果事件對(duì)應(yīng)的線程的優(yōu)先級(jí)足夠高，
就會(huì)立馬得到響應(yīng)。相比前后臺(tái)系統(tǒng)，多線程系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性又被提高了。

相比前后臺(tái)系統(tǒng)中后臺(tái)順序執(zhí)行的程序主體，在多線程系統(tǒng)中，根據(jù)程序的功能，我
們把這個(gè)程序主體分割成一個(gè)個(gè)獨(dú)立的，無(wú)限循環(huán)且不能返回的小程序，這個(gè)小程序我們
稱之為線程。每個(gè)線程都是獨(dú)立的，互不干擾的，且具備自身的優(yōu)先級(jí)，它由操作系統(tǒng)調(diào)
度管理。加入操作系統(tǒng)后，我們?cè)诰幊痰臅r(shí)候不需要精心地去設(shè)計(jì)程序的執(zhí)行流，不用擔(dān)
心每個(gè)功能模塊之間是否存在干擾。加入了操作系統(tǒng)，我們的編程反而變得簡(jiǎn)單了。整個(gè) 系統(tǒng)隨之帶來(lái)的額外開銷就是操作系統(tǒng)占據(jù)的那一丁點(diǎn)的 FLASH 和 RAM?，F(xiàn)如今，單片 機(jī)的 FLASH和 RAM是越來(lái)越大，完全足以抵擋 RTOS那點(diǎn)開銷。 無(wú)論是裸機(jī)系統(tǒng)中的輪詢系統(tǒng)、前后臺(tái)系統(tǒng)和多線程系統(tǒng)，我們不能一錘子的敲定孰
優(yōu)孰劣，它們是不同時(shí)代的產(chǎn)物，在各自的領(lǐng)域都還有相當(dāng)大的應(yīng)用價(jià)值，只有合適才是 最好。有關(guān)這三者的軟件模型區(qū)別具體見(jiàn)表格 5-1。

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摘自《RT-Thread 內(nèi)核實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用開發(fā)實(shí)戰(zhàn)指南 》。第五章。裸機(jī)系統(tǒng)與多線程系統(tǒng) 5.1  裸機(jī)系統(tǒng)