嵌入式-为什么选择ucos iii

  杰哥最近去一个小公司搞嵌入式开发，以前在学校里面的那种基本开发，一个main函数里面套循环，加上一些中断的日子不再回来了，还记得大二暑假电赛的时候，也不知道那里出错了，代码就死到一个地方，再也跳不出来了，现在知道UCOS iii 的系统编程思想，并行运行程序，调度任务的方式就会解决当时的燃眉之急。话不多说，上干货。

  首先我们得先讨论前后台系统和RTOS（Real Time OS）的区别。前后台系统，也即是我们所说的裸机程序，它的结构通常包括一个死循环和若干个中断服务程序，直接上图，我们有一个直观认识：

假如Task2是一个延时任务，当程序执行到Task2时，CPU只能干等，这样就浪费了CPU资源。进一步说，当在延时阶段，某种特发情况需要Task4响应，此时系统无法得到实时响应，只能一直按顺序执行下去，直到运行到Task4才能得到响应，可见前后台系统的实时响应性较差。 
那么RTOS呢？我们先看图，了解它的运行机制

  
在实时操作系统中，我们可以把要实现的功能划分为多个任务，每个任务负责实现其中的一部分，每个任务都是一个很简单的程序，通常是一个死循环。 
RTOS的内核负责管理所有的任务，内核决定了运行哪个任务，何时停止当前任务切换到其他任务，这个是内核的多任务管理能力。这就意味着，假设运行某任务里面的延时语句时，该任务就会被挂起，CPU根据内核机制运行另一个任务，这就充分利用了CPU资源。多任务管理给人的感觉就好像芯片有多个CPU，多任务管理实现了CPU资源的最大化利用，多任务管理有助于实现程序的模块化开发，能够实现复杂的实时应用。 
说了这么多，那我们为何选择使用ucos iii这个实时操作系统呢？因为ucos iii是一个开源、可裁剪、绝大部分由C语言编写、可读性强！更重要的一点是网上有很多关于ucos iii/ucos ii的资源，不像其他操作系统相对较少的学习资源。作为嵌入式初学者，ucos iii是一个很好的入门学习对象！

梅开二度：回到正题，我们到底为什么需要uCos？一般的简单的嵌入式设备的编程思路是下面这样的：main{{处理事务1}；{处理事务2}；{处理事务3}； .......{处理事务N}；}isr_server{{处理中断}；}这是最一般的思路，对于简单的系统当然是够用了，但这样的系统实时性是很差的，比如“事务1”如果是一个用户输入的检测，当用户输入时，如果程序正在处理事务1下面的那些事务，那么这次用户输入将失效，用户的体验是“这个按键不灵敏，这个机器很慢”，而我们如果把事务放到中断里去处理，虽然改善了实时性但会导致另外一个问题，有可能会引发中断丢失，这个后果有时候比“慢一点”更加严重和恶劣！又比如事务2是一个只需要1s钟处理一次的任务，那么显然事务2会白白浪费CPU的时间。 这时，我们可能需要改进我们的编程思路，一般我们会尝试采用“时间片”的方式。这时候编程会变成下面的方式：main{{事务1的时间片到了则处理事务1}；{事务2的时间片到了则处理事务2}； .......{事务N的时间片到了则处理事务N}；}time_isr_server{{判断每个事务的时间片是否到来，并进行标记}；}isr_server{{处理中断}；}我们可以看到，这种改进后的思路，使得事务的执行时间得到控制，事务只在自己的时间片到来后，才会去执行，但我们发现，这种方式仍然不能彻底解决“实时性”的问题，因为某个事务的时间片到来后，也不能立即就执行，她必须等到当前事务的时间片用完，并且后面的事务时间片没到来，她才有机会获得“执行时间”。 这时候我们需要继续改进思路, 为了使得某个事务的时间片到来后能立即执行，我们需要在时钟中断里判断完时间片后，改变程序的返回位置，让程序不返回到刚刚被打断的位置，而从最新获得了时间片的事务处开始执行，这样就彻底解决了事务的实时问题。 我们在这个思路上，进行改进，我们需要在每次进入时钟中断前，保存CPU的当前状态和当前事务用到的一些数据，然后我们进入时钟中断进行时间片处理，若发现有新的更紧急的事务的时间片到来了，则我们改变中断的返回的地址，并在CPU中恢复这个更紧急的事务的现场，然后返回中断开始执行这个更紧急的事务。 上面的这段话有些不好读，事实上，这是因为要实现这个过程是有些复杂和麻烦的，这时候我们就需要找一个操作系统(OS)帮我们做这些事了，如果你能自己用代码实现这个过程，事实上你就在自己写操作系统了，其实从这里也可也看出，操作系统的原理其实并不那么神秘，只是一些细节你很难做好。 uCos就是这样一个操作系统，她能帮你完成这些事情，而且是很优雅的帮你完成！ uCos的用处远不止帮你完成这个“事务时间片的处理”，她还能帮你处理各种超时，进行内存管理，完成任务间的通信等，有了她，程序的层次也更加清晰，给系统添加功能也更方便，这一切在大型项目中越发的明显！我们知道了uCos能给我们提供这么多的便利，那么我们就开始使用uCos吧！

Reference:

[1]:https://blog.csdn.net/lbt111/article/details/52398180

[2]:https://baike.baidu.com/item/前后台系统/9436156?fr=aladdin

[3]:https://blog.csdn.net/lbt111/article/details/52398180

标签：事务,ucos,中断,嵌入式,我们,时间,处理事务,iii,CPU
来源： https://blog.csdn.net/weixin_43332715/article/details/115792355