RTOS真的是實時操作系統(tǒng)嗎？

作者 | strongerHuang微信公眾號?|?strongerHuang

RTOS：Real Time Operating System，實時操作系統(tǒng)。那么，到底啥是實時操作系統(tǒng)呢？它真的實時嗎？

關于RTOS

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

來自百度百科的解釋：實時操作系統(tǒng)是指當外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能夠接受并以足夠快的速度予以處理，其處理的結果又能在規(guī)定的時間之內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)做出快速響應，調(diào)度一切可利用的資源完成實時任務，并控制所有實時任務協(xié)調(diào)一致運行的操作系統(tǒng)。

實時操作系統(tǒng)，體現(xiàn)的重點是實時（及時響應）。簡單說就是程序能及時的解決、處理一些比較急的事情，而不會出現(xiàn)“卡機”等情況。

比如：一個運動的小車，傳感器檢測到前方有障礙物，要立馬減速、停車，而不是半天才反應過來（反應慢了就會撞上去）。

與裸機相比從裸機轉(zhuǎn)RTOS的同學，就會拿裸機與RTOS相比較：

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

我可以肯定的說：RTOS相比裸機更方便，優(yōu)點也更多。當然，前提是MCU資源（Flash、RAM）能滿足需求。

因為早期的MCU資源相對匱乏，比如Flash低于10K，RAM低于1K，這個時候用RTOS，優(yōu)點就不明顯，反而更容易暴露缺點。

但現(xiàn)在MCU資源相對比較多，動輒超過1M的Flash、 100K的RAM，這種情況下，如果跑裸機，我感覺太浪費MCU資源了。

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

現(xiàn)在的處理器速度相對更快了，分時操作系統(tǒng)的實時能力也很高了。它們的區(qū)別其實可以從字面意思上理解，分時就是分為時間片，這個時間片很小，一般us級別甚至更低。

你了解一下TSOS分時操作系統(tǒng)的調(diào)度機制，你就會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真的實時嗎？

回到今天的話題：RTOS真的實時嗎？

嚴格來說，RTOS也不是實時響應并處理緊急的事情，只是在很短時間（一般ms級別）就做出了響應，給人感覺就是實時在響應。

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

1.系統(tǒng)滴答

RTOS實時響應有一個重要的配置，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)度的時間大小，如果設置1000，那么1ms就會調(diào)度一次，也就說1ms會做出一次響應。

拿上面小車遇到障礙物為例：傳感器檢測到障礙物，通知更高優(yōu)先級任務進行剎車，這個過程只需要1ms就會得到響應。

你肯定說：那我設置10000，是不是0.1ms就會做出響應？是不是系統(tǒng)滴答越大越好？

按理說系統(tǒng)滴答值越大響應越快，但系統(tǒng)調(diào)度也是需要占用時間：

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

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

2.硬件中斷

從裸機開發(fā)轉(zhuǎn)RTOS的同學就有這樣一個思維：我用中斷就能做到實時響應。

的確，中斷能做到實時響應，但不能滿足大部分需求。

拿上面小車剎車來說：比如檢測到前方障礙物立刻做出中斷響應，此刻執(zhí)行減速的動作，這個動作假如是S曲線（減減速）剎車，執(zhí)行時間為1s。

如果你在中斷函數(shù)里面執(zhí)行這個1s剎車動作，CPU就不會做其他事情了，這樣你覺得可以嗎？

硬件中斷只能做出一個“緊急通知”，不能做出（耗時的）執(zhí)行動作。

RTOS結合硬件中斷就能完美解決這個問題，中斷通知高優(yōu)先級任務執(zhí)行剎車減速的動作，但這個過程可能需要1ms。

所以，你會發(fā)現(xiàn)RTOS并非真正的實時，只是這個時間很短，你感覺不出來。