学习RTOS（2）裸机与系统

操作系统与裸机的区别
裸机运行的程序代码，一般由一个main函数中的while死循环和各种中断服务程序组成，平时CPU执行while循环中的代码，出现其他事件时，跳转到中断服务程序进行处理，没有多任务、线程的概念。
而引入操作系统后，程序执行时可以把一个应用程序分割为多个任务，每个任务完成一部分工作，并且每个任务都可以写成死循环。操作系统根据任务的优先级，通过调度器是CPU分时执行各个任务，保证每个任务都能够得到运行。若调度方法优良，则可使多个任务看起来是并行执行的，减少了CPU的空闲时间，提高了CPU的利用率。由操作系统的任务管理衍生出相应的CPU管理、内存管理，它们分别负责分配任务对CPU的占有权和管理任务所占有的内存空间。在linux操作系统中，还具有文件管理、I/O设备管理的功能。

首先操作系统有两种：一种是用MMU（Memory Managenent Unit ，即存储管理单元）的，另一种是不用MMU的。
用MMU的是Windows、 MacOS、 Linux 、Android。
不用MMU的是FreeRTOS 、VxWorks 、 ucLinux、uc/OS。
其次CPU也有有两种 ：带MMU的和不带MMU的。
带MMU的有 Cortex-A、ARM9 、ARM11系列。
不带MMU的有 Cortex-M系列
而我们知道STM32是 Cortex-M3、Cortex-M4系列的…所以目前还不可能运行Linux操作系统，但是stm32可以运行uc/OS、ucLinux、FreeRTOS 、VxWorks等操作系统。其中uc/OS操作系统是开源代码，且小巧而严谨，具有很高的实时性，可以作为学习linux等高级操作系统的基础，实际项目中也经常使用uc/OS开发。

轮询系统
轮询系统即是在裸机编程的时候，先初始化好相关的硬件，然后让主程序在一个死循环里面不断循环，轮询系统只适合顺序执行的功能代码，当有外部事件驱动时，实时性就会降低。

前后台系统
相比轮询系统，前后台系统是在轮询系统的基础上加入了中断。外部事件的响应在中断里面完成，事件的处理还是回到轮询系统中完成，中断在这里我们称为前台， main 函数里面的无限循环我们称为后台。

虽然事件的响应和处理是分开了，但是事件的处理还是在后台里面顺序执行的，但相比轮询系统，前后台系统确保了事件不会丢失，再加上中断具有可嵌套的功能，这可以大大的提高程序的实时响应能力。在大多数的中小型项目中，前后台系统运用的好，堪称有操作系统的效果。

多任务系统
相比前后台系统，多任务系统的事件响应也是在中断中完成的，但是事件的处理是在任务中完成的。在多任务系统中， 任务跟中断一样，也具有优先级，优先级高的任务会被优先执行。当一个紧急的事件在中断被标记之后，如果事件对应的任务的优先级足够高，就会立马得到响应。相比前后台系统，多任务系统的实时性又被提高了。

相比前后台系统中后台顺序执行的程序主体，在多任务系统中，根据程序的功能，我们把这个程序主体分割成一个个独立的，无限循环且不能返回的小程序，这个小程序我们称之为任务。每个任务都是独立的，互不干扰的，且具备自身的优先级，它由操作系统调度管理。加入操作系统后，我们在编程的时候不需要精心地去设计程序的执行流程，不用担心每个功能模块之间是否存在干扰。加入了操作系统，我们的编程反而变得简单了。整个系统随之带来的额外开销就是操作系统占据的那一丁点的 FLASH 和 RAM。现如今，单片机的 FLASH 和 RAM 是越来越大，完全足以抵挡 RTOS 那点开销。
无论是裸机系统中的轮询系统、前后台系统和多任务系统，我们不能一锤子的敲定孰优孰劣，它们是不同时代的产物，在各自的领域都还有相当大的应用价值，只有合适才是最好。

Hankin
2020.08.18