第4章 RTX操作系统介绍

4.2   RTX系统规格


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。

4.4  RTX系统内存要求


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。

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：
u 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。
u 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。
u 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。
u 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。
u 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。
u 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)。
u 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。
u 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。
u 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。

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

u  必须在中断(ISR)内处理时间关键运算：
l  ISR 函数变得非常复杂，并且需要很长执行时间。
l  ISR 嵌套可能产生不可预测的执行时间和堆栈需求。
u  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：
l  应用程序的程序员必须确保数据一致性。
u  超级循环可以与系统计时器轻松同步，但：
l  如果系统需要多种不同的周期时间，则会很难实现。
l  超过超级循环周期的耗时函数需要做拆分。
l  增加软件开销，应用程序难以理解。
u  超级循环使得应用程序变得非常复杂，因此难以扩展：
l  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。
l  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：
u  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。
u  多任务 - 任务调度会产生同时执行多个任务的效果。
u  确定性的行为 - 在定义的时间内处理事件和中断。
u  更短的 ISR - 实现更加确定的中断行为。
u  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。
u  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。
u  系统管理 - 可以专注于应用程序开发而不是资源管理。

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。

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