嵌入式OS入門筆記-以RTX為案例：一.簡介

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? ? ? ? 最近在做OS相關的項目，一方面涉及到大量（通用）操作系統(tǒng)的概念和理解，另一方面要深入到一個小實時操作系統(tǒng)的源代碼中，并在此操作系統(tǒng)上開發(fā)應用。雖然說內(nèi)容上并不難，但是操作系統(tǒng)本身是一個非?；A，影響深遠的計算機科技的小分支，所以把操作系統(tǒng)的知識重新整理一遍，同時結合實時操作系統(tǒng)的實際情況，形成這樣一套筆記，一是對項目的一個回顧，另外也方便將來回來查閱吧。

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1.操作系統(tǒng)的角色

? ? ? ? OS其實是一個很宏大的概念，不好捉摸。根據(jù)維基百科的定義，OS是一組管理硬件和為應用軟件提供服務的軟件。這個說法很精練但依然抽象。我覺得大部分OS扮演著兩個最主要的角色：硬件的抽象表達者和資源的管理者。

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硬件的抽象

? ? ? ? 如果要讀取硬盤中的某一個數(shù)據(jù)，首先得確定盤片，然后確定磁道和扇區(qū)，最后通過磁頭讀取進內(nèi)存。這實際上是一系列復雜的機械和電子的操作，雖然說復雜，但是影響最終運作結果的因素（讀寫地址）不多，大部分操作是對于不同的讀寫都是相同的。如果每一次執(zhí)行讀寫硬盤操作，應用程序都要明確地對硬件作出準確的指示，那么應用程序會臃腫無比，程序員也會為編寫這樣的程序感到非常無趣。

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? ? ? ? 正如David Wheeler的那句名言：“Any problem in computer science can besolved with another layer of indirection.”O(jiān)S的首要任務正是把這些繁雜的底層硬件的執(zhí)行細節(jié)隱藏，提供給程序和用戶一個相對抽象的概念。例如把一系列的機械和電子操作轉化為簡單的一句代碼-讀取硬盤（地址）。

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? ? ? ? 一般普通計算機使用者之所以不熟悉底層的這些細節(jié)，也正是因為有OS，這個硬件的抽象的存在。他們對計算機運作的認識，只是一個建立在OS基礎之上的心理模型（mental model）。

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Hard ?Disk Driver - 《Operating System Concepts》

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資源的管理

? ? ? ? 最早期的計算機是沒有操作系統(tǒng)的，一般會有一個操作人員（operator）負責給程序排序，安排下一個時間段運行何程序。其實這就是操作系統(tǒng)的雛形，而這時這個操作人員的主要任務就是分配計算機資源。操作系統(tǒng)的核心其實就是資源的分配和管理，特別是在多程序（multiprogramming）的環(huán)境下。如何優(yōu)化資源的分配，減少有害的競爭，提高某些資源的共享效率，都是操作系統(tǒng)關心的核心話題。這里說的資源主要指的是硬件資源，例如內(nèi)存，CPU，網(wǎng)絡帶寬和I/O等等。

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? ? ? ? 其實縱觀很多OS的教科書的組織，一般主要的討論話題不外乎進程，內(nèi)存和外設。這些話題都離不開OS的這兩個角色，例如進程管理，很大一部分就是關于資源的分配，而進程本身又是OS對程序的一個抽象。所以我覺得具體學習研究OS時，只要能夠抓住1.它抽象的對象和抽象的程度；2.如何合理的優(yōu)化資源的安排，就能夠達到學習研究的目的。

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2.實時操作系統(tǒng)

? ? ? ? 其實嵌入式操作系統(tǒng)不一定就是實時操作系統(tǒng)（RTOS），反之亦然。但很多場合下嵌入式開發(fā)應用都對實時性的要求很高，所以這兩個概念經(jīng)?；煊?。RTOS最突出的就是它要在deadline之前完成任務，其中又分兩種，一種是硬deadline，如果不能在規(guī)定deadline前完成，那么后果會很嚴重甚至產(chǎn)生一些致命的錯誤；而軟deadline則稍微寬松一點，即使不能夠在deadline前完成，deadline后繼續(xù)完成任務直至完成也是可以接受的。

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? ? ? ? 一個很通常的誤區(qū)就是，RTOS和通用OS的最大差別是RTOS要快。雖然速度快很重要，但這不是RTOS的核心特征。RTOS最為重要的是其行為的決定性（determinism）和可預測性（Predictability），同時RTOS對系統(tǒng)的響應速度要求也很高。當然，RTOS的容錯，糾錯能力也要足夠強。

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? ? ? ? 這些特性其實都是一些極端工業(yè)環(huán)境下對OS的要求，例如在核反應和化學反應中，非常精確的控制，特別是在時間上的控制，往往決定了整個工業(yè)過程的成敗，而且失敗的代價往往非常高。所以一個好的RTOS，雖然沒有一些通用的操作系統(tǒng)全面，但其行為的差異（variance）會比通用OS小得多。

3.RTX

我會以Keil開發(fā)的RTX實時操作系統(tǒng)作為主要的參考操作系統(tǒng)。這里面有幾個原因：

RTX五臟俱全，是個完整且優(yōu)秀的實時操作系統(tǒng) RTX對ARM設備Cortex-M系列的芯片有比較好的支持(自家產(chǎn)品) 更重要的是，RTX不僅免費，而且其代碼是開放的，是可以自由查閱的！

這些基本情況就寫到這里，下次我會更具體地介紹一下RTX和其他涉及到的工具。