第4章      RTX操作系统介绍

    本章节介绍一下RTX操作系统，让大家对RTX有一个整体的了解，Keil RTX 是免版税的确定性实时操作系统，适用于 ARM 和 Cortex-M 设备。

    4.1  RTX系统特性

    4.2  RTX系统规格

    4.3  RTX系统性能

    4.4  RTX系统内存要求

    4.5  RTX系统优势

    4.6  使用RTXVS 裸机方式的优势

    4.7  RTX和其它5款RTOS的实时性PK

    4.8         总结

4.1  RTX系统特色

                              

图4.1RTX内核

1.    带有源码的免版税，确定性RTOS。

2.    支持时间片，抢占式和合作式调度。

3.    以低的中断延迟执行高速实时操作（对于M3/M4内核可以实现零中断延迟）。

4.    小的空间占用适用于资源受限的系统。

5.    不限制数量的任务，每个任务都具有254的优先级。

6.    不限制数量的信号量，互斥信号量，消息邮箱和软定时器。

7.    支持多线程和线程安全操作。

8.    使用MDK基于对话框的配置向导，可以很方便的完成MDK的配置。

      

          1.   免版税

    RTX的免版税是建立在购买了正版MDK-ProfessionalEdition基础之上，详情请看：

http://www.keil.com/rl-arm/rl_license.asp

2.   零中断延迟

    这里的零中断延迟是指ISR的中断相应时间和没有使用RTX系统是一样的，也就是说用于Cortex-M3/M4的RTX内核库中没有关闭中断的操作,这点应该算是RTX一个很大的优势，像uCOS-II,uCOS-III和FreeRTOS内核的很多地方关中断操作，关中断操作对实时性有哪些危害呢？比如此时某个任务正在调用系统API函数，而且此时中断正好关闭了，也就是进入到了临界区中，这个时候如果有一个紧急的中断事件被触发，这个中断就不能得到及时执行，必须等到中断开启才可以得到执行，如果关中断时间超过了紧急中断能够容忍的限度，危害是可想而知的。

3.   确定性

    确定性是指在在定义的时间内处理事件和中断，RTX 提供完全确定性的行为，这意味着在预定义时间内（期限）处理事件和中断，这个主要得益于RTX的零中断延迟特性。（注：另外根据CMSIS RTOS RTX的说明，RTX系统的任务切换时间也是确定的）

4.   线程安全

    线程安全涉及到的问题较多，详情请看: http://www.keil.com/rl-arm/rl_threadsafe.asp

* \* q3 [9 Y4 V( T& v( O

4.2   RTX系统规格

/ D8 O3 f" c) E$ @

$ P# I0 E1 j) m' _* V$ v* X

1.     不限意味着RTX内核对数量没有限制，但是，可用的系统内存资源限制可以创建的项目数量。

2.     用于Cortex-M3/M4内核的RTX库不禁用中断，中断延迟与无RTX内核时相同，Cortex-M1/M0的中断延迟小于20个时钟周期。

4.3  RTX系统性能

1.     用于Cortex-M3/M4内核的RTX库不禁用中断，中断延迟与无RTX内核时相同，Cortex-M1/M0的中断延迟小于20个时钟周期。

% q: v' ~4 G# b" e/ G8 O8 a

4.4  RTX系统内存要求
$ ~2 g; \$ c& L* i  o

1.     本测试的RTX内核是针对 10 个任务、10 个用户计时器并禁用堆栈检查。

2.     RAM要求取决于同时运行的任务数量。

3.     代码和RAM大小使用 MicoLib 运行库进行计算。

9 ]' ^" J% o) ~$ ?0 a, [

4.5  RTX系统优势

     Keil RTX 实时操作系统提供许多高级功能，其他供应商的RTOS产品中并不总是提供这些功能。在选择RTOS时，应考虑以下几点：

1.   RTX 包含在 MDK-ARM 中 - 全功能、商业级RTX（包括源代码）作为 Keil MDK-ARM 开发工具的一部分提供。这不是评估版。它可完全配置，没有任何限制。因此，如果您计划使用 MDK 进行开发，RTX 是免费的。

2.   RTX 免版税 - RTX 是免版税提供的。获得了使用许可后，您可以装备使用RTX创建的产品，而无需支付其他费用或产生后续成本。

3.   市场领先的 RTOS -RTX 一直是嵌入式应用程序中领先的RTOS之一（2013,2014,2015年嵌入式市场调查报告）。您可以信心十足地在应用程序中使用 RTX。

7 o! B, q3 D2 T1 @

4.    灵活的调度 - RTX 提供三种不同的调度方式，您可以使用最适合您的调度方式：

    抢占式- 每个任务都具有不同的优先级，只有在更高优先级的任务准备好运行后才会运行。此选项方式于交互式系统，在用户输入某些内容之前，设备可能处于待机或后台模式。

    时间片 -每个任务都将运行固定的CPU运行时间段。数据记录器/系统显示器通常使用时间片调度，所有传感器或数据源都会依次进行采样，不分优先级。

    合作式 -每个任务将一直运行，直到指示其将控制权传递给另一个任务或遇到阻塞式API函数。可以在要求固定执行顺序的应用程序中使用这种调度方式。

5.    确定性的行为 - 并非每个RTOS 都具有确定性。RTX 提供完全确定性的行为，这意味着在预定义时间内（期限）处理事件和中断。您的应用程序可以依赖于一致且已知的进程计时。

6.     专为嵌入式系统而设计 - RTX 是专门为基于 ARM 和 Cortex-M MCU 的嵌入式系统而编写的。它并不是根据较大的操作系统或其他架构改写的。它运行速度快，占用的 MCU 资源极少，内存占用量仅为 5KB (ROM)。

7.     易于使用 - 学习周期短，产品开发速度快。µVision IDE/调试器完全支持 RTX，其中采用 RTX 任务识别工具以便于在您的应用程序中快速方便地配置和调试 RTX。

8.     源代码 - 在所有MDK-ARM 版本中都包含 RTX 源代码。这对于需要源代码进行产品认证的情况会很有用。

9.     支持 - 提供了广泛的资源，包括示例、用户指南以及快速入门指南。Keil完全支持 RTX。

+ S' S9 K; M; n

4.6  使用RTX VS 裸机方式的优势

    简单的嵌入式系统通常使用超级循环概念，其中应用程序按固定顺序执行每个函数。中断服务例程 (ISR) 用于时间关键程序部分。这种方法非常适合小系统，但对较为复杂的应用程序会有限制。

4.6.1     超级循环的缺点

1.   必须在中断(ISR)内处理时间关键运算：         
$ X$ |) Z3 X# A. e* i9 C    A.  ISR 函数变得非常复杂，并且需要很长执行时间。         
( I2 t- `. @. m5 R( \& C    B.   ISR 嵌套可能产生不可预测的执行时间和堆栈需求。

2.    超级循环和ISR之间的数据交换是通过全局共享变量进行的：

      应用程序的程序员必须确保数据一致性。

. Q  a9 T, ^1 [

3.    超级循环可以与系统计时器轻松同步，但：

    A.  如果系统需要多种不同的周期时间，则会很难实现。

    B.  超过超级循环周期的耗时函数需要做拆分。

    C.  增加软件开销，应用程序难以理解。

; X. J" [( U& A  f) X! U

4.    超级循环使得应用程序变得非常复杂，因此难以扩展：

    A.  一个简单的更改就可能产生不可预测的副作用，对这种副作用进行分析非常耗时。

    B.  超级循环 概念的这些缺点可以通过使用实时操作系统 (RTOS) 来解决。

4.6.2     RTOS的优势

    RTOS将程序函数分成独立的任务，并为其提供合理的调度方式。RTX提供以下重要优势：

任务调度- 任务在需要时进行调用，从而确保了更好的程序执行和事件响应。

多任务- 任务调度会产生同时执行多个任务的效果。

确定性的行为- 在定义的时间内处理事件和中断。

更短的 ISR - 实现更加确定的中断行为。

任务间通信- 管理多个任务之间的数据、内存和硬件资源共享。

定义的堆栈使用 - 每个任务分配一个堆栈空间，从而实现可预测的内存使用。

系统管理 - 可以专注于应用程序开发而不是资源管理。

                              

图4.2RTX中任务通信

图4.2中任务1和任务2是应用程序中的函数，RTX提供了内存池，消息邮箱和任务之间的通讯机制

图4.3 RTX为直接访问RTOS所有资源提供了一种简单语法

4.7 RTX和其它5款RTOS的实时性PK

   RTOS实时性的两个重要指标，一个是中断延迟时间，另一个就是任务切换时间，因为使用CM3或者CM4内核，RTX系统可以实现零中断延时，也就是跟裸机情况是一样的。其它4款RTOS都无法实现达到这个性能指标。中断延时时间方面，RTX完胜。

    下面就是任务切换时间的比较：

     测试条件 ：STM32F103VET6，Cortex-M3内核，72MHz，

                                 软件用的MDK4.54,  1级优化。

                                  测试10000次，2ms测试一次，然后求平均。

从上面的测试可以看出，RTX的优势很明显，其实除了任务切换时间外，信号量，事件标志，消息邮箱的实时性都比其它4款RTOS的强劲。

4.8  总结

     本章节就为大家讲解这么多，主要目的是想让大家对RTX操作系统有一个整体的认识，从下一章我们就开始正式的进入RTX操作系统的学习。

+ o& p; ?6 \. b0 N( O, I5 D7 u

学习之。。。

baiyongbin2009 发表于 2016-1-18 15:33
4.7 RTX和其它5款RTOS的实时性PK   RTOS实时性的两个重要指标，一个是中断延迟时间，另一个就是任务切换时 ...

) X2 F5 C, o' e* X2 o9 s2 J* ^" D" @等待教程

听课学习第四章