單片機為什么要使用RTOS？

對于搞單片機的特別用8051系列工程師來說，談到單片機的RTOS，很多時候會問一句：“為什么要用RTOS？單片機就這一點資源，使用RTOS能保證效率嗎？” 對于這個問題，我會反問：“你用單片機的目的是什么？是為了用單片機的C編程，單片機的匯編編程甚至于用單片機的二進制指令編程？”上個世紀80年代，工程師用二進制指令給Z80編程，現(xiàn)在還有誰在用？現(xiàn)在還有人死抱著匯編不放，但越來越多的人工程師使用C編程（我起初也是使用匯編的），為什么？

因為我們的目的是在有限的時間甚至是不充足的時間內把項目保質保量的完成！使用什么工具和方法是次要的（如果你的項目以成本放在第一位，則另當別論，這時，也是要考慮開發(fā)時間的）。時間就是金錢啊，一個產品在單片機上增加些許成本是可以接受的。 況且，使用8051系列單片機時，單片機資源也常有富余，CPU一般情況也只是空轉，這就為它使用RTOS創(chuàng)造了條件。那么，使用RTOS的好處呢？ 我舉一個例子吧。假設我們編一個串行通訊程序，通訊協(xié)議如下：數(shù)據(jù)包長度為NBYTE，起始字節(jié)為STARTBYTE1,STARTBYTE2，最后一個字節(jié)為檢驗和，中間字節(jié)不可能出現(xiàn)連續(xù)出現(xiàn)STARTBYTE1，STARTBYTE2。 第一種方法，在中斷中處理協(xié)議：

?

unsigned char Buf[NBYTE-2];
bit GetRight = 0;
void comm(void) interrupt 4//"串行口中斷"
{
    static unsigned char Sum,Flag = 0,i;
    unsigned char temp;
    if(RI == 1)
    {
        RI = 0;
        temp = SBUF;
        switch(Flag)
        {
        case 0:
            if(temp == STARTBYTE1)
            {
                Flag = 1;
            }
            break;
        case 1: 
            if(temp == STARTBYTE2)
            {
                Sum = STARTBYTE1 + STARTBYTE2;
                i = 0;
                Flag = 2;
                break;
            }
            if(temp == STARTBYTE1) break;
            Flag = 0;
            break;
        case 2:
            if(temp == STARTBYTE1)
            {
                Flag = 3;
                break;
            }
            Sum += temp;
            if((i >= (NBYTE-3)) && Sum == 0)
            {
                GetRight = 1;
                Flag = 0;
                break;
            }
            Buf[i++] = temp;
            break;
        case 3:
            if(temp == STARTBYTE2)
            {
                Sum = STARTBYTE1 + STARTBYTE2;
                Flag = 2;
                i = 0;
                break;
            }
            Sum += STARTBYTE1;
            if((i >= (NBYTE - 3))&&Sum == 0)
            {
                GetRight = 1;
                Flag = 0;
                break;
            }
            Buf[i++] = STARTBYTE1;
            if(temp == STARTBYTE1)
            {
                break; 
            }
            Sum += temp;
            if((i >= (NBYTE-3))&&Sum == 0)
            {
                GetRight = 1;
                Flag = 0;
                break;
            }
            Buf[i++] = temp;
            Flag = 2;
            break;
        }
    }
} 

第二種方法，使用隊列中斷函數(shù)：

void comm(void) interrupt 4//"串行口中斷"
{
    if(RI == 1)
    {
        RI=0;
        SBUF 入隊;
    }
}  

? 主程序不斷調用的函數(shù):

unsigned char Buf[NBYTE-2];
unsigned char ReadSerial(unsigned char *cp)
{
    unsigned char i;
    unsigned char temp,Sum;
    temp = 隊列中數(shù)據(jù)個數(shù);
    if(temp < (NBYTE)) return 0;


    出隊 temp;
    if(temp != STARTBYTE1) return 0;


    temp=隊列首字節(jié); 
    if(temp != STARTBYTE2) return 0;


    出隊 temp;
    sum = STARTBYTE1 + STARTBYTE2;
    for(i = 0;i < NBYTE-3;i++)
    {
        temp = 隊列首字節(jié);
        if(temp == STARTBYTE1)
        {
            temp = 隊列次首字節(jié);
            if(temp == STARTBYTE2) return 0;
        }
        出隊 temp;
        *cp++ = temp;
        Sum += temp;
    }
    temp = 隊列首字節(jié);
    Sum += temp;
    if(Sum != 0) return 0;
    出隊 temp;
    return 1;
} 

第三種方法，使用RTOS中斷函數(shù)：

 void comm(void) interrupt 4//"串行口中斷"
 {
     OS_INT_ENTER();
     if(RI == 1)
     {
        RI = 0;
        OSIntSendSignal(RECIVE_TASK_ID);
     }
     OSIntExit();
} 

ID為RECIVE_TASK_ID的任務.

 void Recive(void)
 {
     unsigned char temp,temp1,Sum,i; 
     OSWait(K_SIG,0);
     temp = SBUF;
     while(1)
     {
         while(1)
         {
             OSWait(K_SIG,0);
             temp1 = SBUF;
             if((temp == STARTBYTE1)&&(temp1 == STARTBYTE2)) break;
             temp = temp1;
         }
         Sum = STARTBYTE1 + STARTBYTE2;
         OSWait(K_SIG,0);
         temp = SBUF;
         for(i = 0;i < NBYTE-3;i++)
         {
             OSWait(K_SIG,0);
             temp1 = SBUF;
             if((temp == STARTBYTE1)&&(temp1 == STARTBYTE2))
             {
                 OSWait(K_SIG,0);
                 temp=SBUF;
                 i = -1;
                 Sum = STARTBYTE1 + STARTBYTE2;
                 continue;
             }
             Buf[i] = temp;
             Sum += temp;
             temp = temp1;
         }
         Sum += temp1;
         if(Sum == 0) OSSendSignal(命令解釋任務 ID);
     }
}

?　　以下為這幾種方法的比較可讀性和編程容易性方面 第三鐘方法最好（如果允許使用goto語句，程序更加簡單易讀） 第二種次之（因為要編隊列程序） 第一種相對較差，如果協(xié)議更加復雜，這方面更加明顯。 程序簡單易讀，自然出錯機會小了。 RAM占用方面，第三種方法較少，第二種最多（因為隊列占用大量空間），第一種最少。 中斷執(zhí)行時間方面，第三種方法最長，第二種最短，第一種較長。 從功能方面，第三種方法最強，它還可以進行超時處理（雖然例子程序沒有），其它方法均不行。

　　如果數(shù)據(jù)來的太快，命令處理程序來不及處理，三種方法處理方式不太一樣，第一種和第三種方法類似：丟棄以前數(shù)據(jù)，第二種則是丟棄后到的數(shù)據(jù)。而且，第二種方法必須等命令處理程序完成后才處理下一個數(shù)據(jù)包，而第一種和第三種方只需命令處理程序將數(shù)據(jù)收取后就可處理下一個數(shù)據(jù)包。也就是說，第一種和第三種與命令處理程序并行處理，第二種方法為串行處理。

　　現(xiàn)在，一般情況下，開發(fā)的效率第一，執(zhí)行的效率（包括執(zhí)行時間和資源占用）第二。在這種情況下，降低些許效率換取開發(fā)的效率的較大提高，何樂而不為？ 何況，單個模塊的執(zhí)行的效率高不等于整個程序執(zhí)行效率高。例如，如果程序需要等待一段時間，一般用程序延時或定時器延時。無論何種方法，CPU不再處理其它工作，效率很低。而用RTOS，等待的時候CPU可以處理其它工作，效率得到提高。 以下摘自《uC/OS-II--源碼公開的實時嵌入式操作系統(tǒng)》： “實時內核也稱為實時操作系統(tǒng)或RTOS。

　　使用它使得實時應用程序的設計和擴展變得容易。不需要大的改動就可以增加新的功能。通過應用程序分割為若干獨立的任務，RTOS使得應用程序的設計過程大為簡化。使用可剝奪性的內核時，所有時間要求苛刻的事件都得到了盡可能快捷、有效的處理。通過有效的服務；如信號量、郵箱、隊列、延時、超時等；RTOS使得資源得到更好的利用?！叭绻麘庙椖繉︻~外的需求可以承受，應該考慮使用實時內核。這些額外的需求是：內核的價格，額外ROM/RAM開銷，2至4百分點的CPU額外負擔。“還有沒提到的一個因素是使用實時內核增加的價格成本。在一些應用中，價格就是一切，以至于對使用RTOS連想都不敢想?！?/p>

　　總而言之，適用的就是最好的，不要拒絕RTOS，在它適用的情況下，它工作得很好。

編輯：黃飛

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