1.為什么學(xué)習(xí) RTOS？

作為基于 ARM7、Cortex-M3 硬件開發(fā)的嵌入式工程師，我一直反對使用 RTOS。不僅因為不恰當(dāng)?shù)氖褂?RTOS 會給項目帶來額外的穩(wěn)定性風(fēng)險，更重要的是我認為絕大多數(shù)基于 ARM7、Cortex-M3 硬件的項目，還沒復(fù)雜到使用 RTOS 的地步，使用狀態(tài)機就足夠了。

對于現(xiàn)代的微處理器，特別是資源相對豐富 ARM7、Cortex-M3 硬件來說，RTOS 占用的硬件資源已經(jīng)越來越可以忽略。所以在當(dāng)今環(huán)境下，我們無需擔(dān)心 RTOS 會拖累性能。相反，RTOS 提供的事件驅(qū)動型設(shè)計方式，使得 RTOS 只是在處理實際任務(wù)時才會運行，這能夠更合理的利用 CPU。在實際項目中，如果程序等待一個超時事件，傳統(tǒng)的無 RTOS 情況下，要么在原地一直等待而不能執(zhí)行其它任務(wù)，要么使用復(fù)雜（相對 RTOS 提供的任務(wù)機制而言）的狀態(tài)機機制。如果使用 RTOS，則可以很方便的將當(dāng)前任務(wù)阻塞在該事件下，然后自動去執(zhí)行別的任務(wù)，這顯然更方便，并且可以高效的利用 CPU。處理這類事件，是我使用 RTOS 的最大動力，但考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性，我不得不再三權(quán)衡 RTOS 可能帶來的一些弊端：

1. 大多數(shù) RTOS 代碼都具有一定規(guī)模，任何代碼都可能帶來 BUG，何況是代碼具有一定規(guī)模的 RTOS，因此引入 RTOS 的同時也可能會引入該 RTOS 的 BUG，這些 RTOS 本身的 BUG 一旦被觸發(fā)，影響可能是是災(zāi)難性的。
2. 熟練的使用 RTOS 是一項技能，需要專業(yè)的知識儲備和長期的經(jīng)驗積累。不將 RTOS 分析透徹，很容易為項目埋下錯誤。典型的，像中斷優(yōu)先級、任務(wù)堆棧分配、可重入等，都是更容易出錯的地方。
3. RTOS 的優(yōu)先級嵌套使得任務(wù)執(zhí)行順序、執(zhí)行時序更難分析，甚至變成不可能。任務(wù)嵌套對所需的最大堆棧 RAM 大小估計也變得困難。這對于很多對安全有嚴格要求的場合是不可想象的。
4. RTOS 應(yīng)該用于任務(wù)復(fù)雜的場合，以至于對任務(wù)調(diào)度的需求可以抵消 RTOS 所帶來的穩(wěn)定性影響，但大部分的應(yīng)用并非復(fù)雜到需要 RTOS。

以上原因是我拒絕在實際項目中使用 RTOS 的理由，但是否使用 RTOS 跟是否學(xué)習(xí) RTOS 完全是兩碼事。我認為任何嵌入式軟件設(shè)計人員都應(yīng)該至少學(xué)習(xí)一種 RTOS，不僅是需要掌握 RTOS 背后的操作系統(tǒng)原理、學(xué)習(xí) RTOS 的編程方式，更是為將來做準備。

即便我認為現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)有點言過其實，但我依然看好物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展前景。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來的嵌入式產(chǎn)品必然更為復(fù)雜、連接性更強以及需要更豐富的用戶界面。當(dāng)處理這些任務(wù)時，一個好的 RTOS 就變得不可缺少了。

書到用時方恨少，我希望自己永遠不會有這種感覺。所以從現(xiàn)在起，我要開始深入一個 RTOS，探索它背后的原理，掌握其編程方法，避免其缺陷和陷阱，并將它安全的用在將來的項目中。

2.為什么選用 FreeRTOS？

對比了許多 RTOS，最終選擇 FreeRTOS，原因是多方面的：

1. SafeRTOS 便是基于 FreeRTOS 而來，前者是經(jīng)過安全認證的 RTOS，因此對于 FreeRTOS 的安全性也有了信心。
2. 大量開發(fā)者使用，并保持高速增長趨勢。2011、2012、2013、2014、2015、2017 年（暫時沒有 2016 年的數(shù)據(jù)）的 EEtimes 雜志嵌入式系統(tǒng)市場報告顯示，F(xiàn)reeRTOS 在 RTOS 內(nèi)核使用榜和 RTOS 內(nèi)核計劃使用榜上都名列前茅。更多的人使用可以促進發(fā)現(xiàn) BUG，增強穩(wěn)定性。
3. 簡單。內(nèi)核只有 3 個.c 文件，全部圍繞著任務(wù)調(diào)度，沒有任何其它干擾，便于理解學(xué)習(xí)。而且，我根本不需要其它繁多的功能，只要任務(wù)調(diào)度就夠了。
4. 文檔齊全。在 FreeRTOS 官方網(wǎng)站上，可以找到所有你需要的資料。
5. 免費、開放源碼。完全可以免費用于商業(yè)產(chǎn)品，開放源碼更便于學(xué)習(xí)操作系統(tǒng)原理、從全局掌握 FreeRTOS 運行機理、以及對操作系統(tǒng)進行深度裁剪以適應(yīng)自己的硬件。
6. 2017 年底，F(xiàn)reeRTOS 作者加入亞馬遜，擔(dān)任首席工程師，F(xiàn)reeRTOS 也由亞馬遜管理。同時修改了用戶許可證，F(xiàn)reeRTOS 變得更加開放和自由。背靠亞馬遜，相信未來 FreeRTOS 會更加穩(wěn)定可靠。此外，以前價格不菲的《實時內(nèi)核指南》和《參考手冊》也免費開放下載，這使得學(xué)習(xí)更加容易。

學(xué)習(xí)的資料來源主要是 FreeRTOS 的官方網(wǎng)站（www.freertos.org）和源代碼。FreeRTOS 的創(chuàng)始人 RichardBarry 編寫了大量的移植代碼和配套文檔，我只不過是沿著 Richard Barry 鋪好的路前進，所以，這沒什么困難的。

最后，感謝 RichardBarry 的付出，感謝 Richard Barry 的無私開源精神！

附錄 1:

2010~2017 年 EEtimes 雜志嵌入式市場調(diào)查報告有關(guān) RTOS 使用榜截圖

• 附錄 1.1  2010 和 2011 年 RTOS 使用榜

• 附錄 1.2  2012 和 2013 年 RTOS 使用榜

• 附錄 1.3   2013 年和 2014 年 RTOS 使用榜

• 附錄 1.4   2014 年和 2015 年 RTOS 使用榜

• 附錄 1.5   2017 年 RTOS 使用榜

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作者：zhzht19861011