RT-Thread核心學習筆記——裸機系統與多執行緒系統

微控制器程式設計中有裸機系統與多執行緒系統的區別。

裸機系統與多執行緒系統的區別

裸機系統

裸機系統分為輪訓系統與前後臺系統

輪訓系統

​ 輪詢系統即是在裸機程式設計的時候，先初始化好相關的硬體，然後讓主程式在一個死迴圈裡面不斷迴圈，順序地做各種事情。以下是其虛擬碼：

int main(void)
{
	HardWareInit();/* 硬體相關初始化 */
 	/* 無限迴圈 */
 	while(1) {
 		DoSomething1();/* 處理事情 1 */	
 		DoSomething2();/* 處理事情 2 */
 		DoSomething3();/* 處理事情 3 */
	}
}
 

​ 輪詢系統是一種非常簡單的軟體結構，通常只適用於那些只需要順序執行程式碼且不需要外部事件來驅動的就能完成的事情。在以上程式碼中，如果只是實現 LED 翻轉，串列埠輸出，液晶顯示等這些操作，那麼使用輪詢系統將會非常完美。但是，如果加入了按鍵操作等需要檢測外部訊號的事件，用來模擬緊急報警，那麼整個系統的實時響應能力就不會那麼好了。

​ 假設DoSomething3 是按鍵掃描，當外部按鍵被按下，相當於一個警報，這個時候，需要立馬響應 ，並做緊急處理 ，而這個時候程式剛好執行到 DoSomething1 ，要命的是DoSomething1 需要執行的時間比較久，久到按鍵釋放之後都沒有執行完畢，那麼當執行到 DoSomething3

前後臺系統

相比輪詢系統，前後臺系統是在輪詢系統的基礎上加入了中斷。外部事件的響應在中斷裡面完成，事件的處理還是回到輪詢系統中完成，中斷在這裡我們稱為前臺， main 函式裡面的無限迴圈我們稱為後臺。以下是其虛擬碼：

int flag1 = 0;
int flag2 = 0;
int flag3 = 0;

int main(void)
{
	HardWareInit();/* 硬體相關初始化 */
 
	/* 無限迴圈 */
	while(1) {
		if (flag1) {	
			DoSomething1();/* 處理事情 1 */
		}
		if (flag2) {
			DoSomething2();/* 處理事情 2 */
		}
		if (flag3) {
			DoSomething3();/* 處理事情 3 */
		}
	}
}

void ISR1(void)
{
	flag1 = 1;/* 置位標誌位 */
	/* 如果事件處理時間很短，則在中斷裡面處理
	如果事件處理時間比較長，在回到前臺處理 */
	DoSomething1();
}

void ISR2(void)
{	
	flag2 = 1;/* 置位標誌位 */
	/* 如果事件處理時間很短，則在中斷裡面處理
	如果事件處理時間比較長，在回到前臺處理 */
	DoSomething2();
}
 
void ISR3(void)
{
	flag3 = 1;/* 置位標誌位 */
    /* 如果事件處理時間很短，則在中斷裡面處理
	如果事件處理時間比較長，在回到前臺處理 */
	DoSomething3();
}
 

​ 在順序執行後臺程式的時候，如果有中斷來臨，那麼中斷會打斷後臺程式的正常執行流轉而去執行中斷服務程式，在中斷服務程式裡面標記事件，如果事件要處理的事情很簡短，則可在中斷服務程式裡面處理，如果事件要處理的事情比較多，則返回到後臺程式裡面處理。

​ 雖然事件的響應和處理是分開了，但是事件的處理還是在後臺裡面順序執行的，但相比輪詢系統，前後臺系統確保了事件不會丟失，再加上中斷具有可巢狀的功能，這可以大大的提高程式的實時響應能力。在大多數的中小型專案中，前後臺系統運用的好，堪稱有作業系統的效果。

多執行緒系統虛擬碼

​ 相比前後臺系統，多執行緒系統的事件響應也是在中斷中完成的，但是事件的處理是線上程中完成的。在多執行緒系統中，執行緒跟中斷一樣，也具有優先順序，優先順序高的執行緒會被優先執行。

​ 當一個緊急的事件在中斷被標記之後，如果事件對應的執行緒的優先順序足夠高，就會立馬得到響應。相比前後臺系統，多執行緒系統的實時性又被提高了。以下是其虛擬碼：

int flag1 = 0;
int flag2 = 0;
int flag3 = 0;
 
int main(void)
{	
	HardWareInit();/* 硬體相關初始化 */	
	RTOSInit();/* OS 初始化 */	
	RTOSStart();/* OS 啟動，開始多執行緒排程，不再返回 */
}

void ISR1(void)
{	
	flag1 = 1;/* 置位標誌位 */
}

void ISR2(void)
{	
	flag2 = 2;/* 置位標誌位 */
}

void ISR3(void)
{	
	flag3 = 1;/* 置位標誌位 */
}
void DoSomething1(void)
{
	/* 無限迴圈 */
	while(1) {
		/* 執行緒實體 */
		if (flag1) {

		}
	}
}
 
void DoSomething2(void)
{
	/* 無限迴圈 */
	while(1) {
		/* 執行緒實體 */
		if (flag2) {
 
		}
	}
}

void DoSomething3(void)
{
	/* 無限迴圈 */
	while(1) {
		/* 執行緒實體 */
		if (flag3) {

		}
	}
}

​ 相比前後臺系統中後臺順序執行的程式主體，在多執行緒系統中，根據程式的功能，我們把這個程式主體分割成一個個獨立的，無限迴圈且不能返回的小程式，這個小程式我們稱之為執行緒。

​ 每個執行緒都是獨立的，互不干擾的，且具備自身的優先順序，它由作業系統排程管理。加入作業系統後，我們在程式設計的時候不需要精心地去設計程式的執行流，不用擔心每個功能模組之間是否存在干擾。

​ 加入了作業系統，我們的程式設計反而變得簡單了。整個系統隨之帶來的額外開銷就是作業系統佔據的那一丁點的FLASH和 RAM。現如今，微控制器的 FLASH 和 RAM 是越來越大，完全足以抵擋 RTOS 那點開銷。

具體區別

以上內容摘抄於《RT-Thread核心實現與應用開發實踐指南》。