为什么我们需要uCos?带你透彻理解RTOS

与uCos见面还是大学的时候，老师让我为毕业设计选一个课题，要求有关嵌入式实时操作系统，于是开始在网上搜索，顺理成章的就发现了uCos，于是开始了uCos之路，但后来由于硬件平台的问题，毕设没有用uCos，而用了另外一个不开源的。


毕业后，自己做的项目用到过RTX51、uCos、Linux，当做linux下的项目时，研究过一阵子linux的源码，后来有一天，闲来无事再去看uCos的源码时，突然发现uCos里的一些原理，对于深刻理解和使用这个操作系统有更好的见解！


今天就给大家来整理一下uCos里的一些原理，相信对于更透彻的理解RTOS定会有好处，如果你确实没什么收获，就当是打发时间吧！


首先，第一个要解决的问题是，为什么我们需要uCos？就像最开始学C编程时，老师告诉我们，指针很重要，那时你肯定有一个大的疑问，指针到底有什么好？心里一直犯嘀咕着：不用指针不一样把程序编出来了？ 现在想想看c语言没了指针，是不是寸步难行呢。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！
  
到这里，我们终于知道了为什么我们需要uCos了。事实上，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！
  
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！


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