第4章裸機系統和多工系統

在真正動手寫rtos之前，我們先來講解下微控制器程式設計中的裸機系統和多工系統的區別。

4.1 裸機系統

裸機系統通常分為輪詢系統和前後臺系統，有關這兩者的具體實現方式請看下面的講解。

4.1.1 輪詢系統

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，然後讓主程式在乙個死迴圈裡面不斷迴圈，順序完成各種事情，大概的偽**具體見**清單 4-1。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**且不需要外部事件來驅動就能完成的事情。在**清單4-1中，如果只是實現led翻轉，串列埠輸出，液晶顯示等這些操作，那麼適用輪詢系統將會非常完美。但是，如果加入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是按鍵掃瞄，當外部按鍵被按下，相應於乙個報警，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的時候就會丟失掉一次事件。足見，輪詢系統只適合順序執行的功能**，當有外部事件驅動時，實時性就會降低。

**清單 4-1 輪詢系統偽**

int main(void
)}

輪詢系統偽**

4.1.2 前後臺系統

相比輪訓系統，前後臺系統是在輪系系統的基礎之上加入了中斷。外部事件的響應在中斷裡面完成，事件的處理還是回輪訓系統中完成，中斷在這裡我們稱為前台，main函式裡面的無限迴圈我們稱為後台，大概的偽**見**清單4-2。

**清單4-2 前後臺系統偽**

int flag1 = 0
;int flag2 = 0
;int flag3 = 0
;int main(void
)        
if(flag2) 
if(flag3) 
}}void isr1(void
)void isr2(void
)void isr3(void
)

前後臺系統偽**

在順序執行後台程式的時候，如果有中斷來臨，那麼中斷會打斷後台程式的正常執行流，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，則返回到後台程式裡面處理。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台裡面順序執行的，但相比輪序系統，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。在大多數中小專案中，前後臺系統運用的好，堪稱有作業系統的效果。

4.2 多工系統

相比前後臺系統，多工系統的事件響應也是在中斷中完成的，但是事件的處理是在任務中完成的。在多工系統中，任務跟中斷一樣，也具有優先順序，優先順序高的任務會被優先執行。當乙個緊急的事件在中斷被標記後，如果事件對應的任務的優先順序足夠高，就會立馬得到響應。相比前後臺系統，多工系統的實時性又被提高了。多工系統大概的偽**具體見**清單4-3

**清單4-3 多工系統偽**　　

int flag1 = 0
;int flag2 = 0
;int flag3 = 0
;int main(void
)void isr1(void
)void isr2(void
)void isr3(void
)void dosomethin1(void
)    }
}void dosomethin2(void
)    }
}void dosomethin3(void
)    }
}

多工系統偽**

相比前後臺系統中後台順序執行的程式主體，在多工系統中，根據程式的功能，我們把這個程式的主體分割成乙個個獨立的，無限迴圈且不能返回的小程式，這個小程式我們稱之為任務。每個任務都是獨立的，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。

無論是裸機系統中的輪詢系統、前後臺系統和多工系統，我們不能一錘子敲定孰優孰劣，它們是不同時代的產物，在各自的領域都還有相當大的應用價值，只有適合才是最好。有關這三者的軟體模型區別具體見**4-1。

**4-1 輪詢、前後臺、多工系統軟體模型區別

模型事件響應

事件處理

特點輪詢系統

主程式主程式

輪詢響應事件，輪詢處理事件

前後臺系統

中斷主程式

實時響應事件，輪詢處理事件

多工系統

中斷任務

實時響應事件，實時處理事件

第4章裸機系統和多工系統

多工系統

第7章系統函式和任務

第20章多工和多執行緒

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多工系統

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