基于靈動微電子MM32 MCU的OS移植與應用

近年來，物聯網IOT概念廣為普及，物聯網市場發展迅猛，嵌入式設備的聯網已然成為趨勢。終端聯網使得軟件復雜性大幅增加，傳統的 RTOS 內核已經越來越難滿足市場的需求。正是在這種情況下，物聯網操作系統（IoT OS）的概念應運而生。

物聯網操作系統是指以操作系統內核（可以是 RTOS、Linux 等）為基礎，包括文件系統、圖形庫等較為完整的中間件組件，具備低功耗、安全、通信協議支持和云端連接能力的軟件平臺。

一般簡單的嵌入式系統軟件的編程思路是下面這樣的：

main

{

{任務1}；

{任務2}；

{任務3}；

.......

{任務N}；

}

isr_server

{

{處理中斷}；

}

這是嵌入式工程師編程的一般思路，對于一個簡單的系統當然是夠用了，但在這樣的系統中每個任務的實時性是很差的，比如如果“任務1”用于用戶輸入的檢測，當用戶輸入時，如果程序正在執行其他的任務進程，那么這次用戶輸入將失效，用戶的體驗是“這個按鍵不靈敏，這個機器很慢”。

而我們如果把所有任務都放到中斷里去處理，雖然改善了實時性，卻會導致另外一個問題：一個任務在處理的時候有可能會引發其它的中斷丟失。這個后果有時候比“慢一點”更加嚴重和惡劣！又比如任務2是一個只需要1s鐘處理一次的任務，那么顯然任務2會白白浪費CPU的時間。

這時，我們可能需要改進我們的編程思路，一般我們會嘗試采用“時間片”的方式。這時候軟件結構會變成下面的方式：

main

{

{如果任務1的時間片到了則執行任務1}；

{如果任務2的時間片到了則執行任務2}；

.......

{如果任務N的時間片到了則執行任務N}；

}

timer_isr_server

{

{判斷每個任務的時間片是否到來，并進行標記}；

}

isr_server

{

{處理中斷}；

}

我們可以看到，這種改進后的思路，使得任務的執行時間得到控制，任務只在自己的時間片到來后，才會去執行。但你可以發現，這種方式仍然不能徹底解決“實時性”的問題，因為某個任務的時間片到來后，也不能立即就執行，MCU必須等到當前任務的時間片用完，并且后面的任務時間片還沒有來，32位單片機才有機會獲得“執行時間”。

這時候我們需要繼續改進思路。為了使得某個任務的時間片到來以后能立即執行，我們需要在時鐘中斷里判斷完時間片后，改變程序的返回位置，讓程序不返回到剛剛被打斷的位置，而從最新獲得了時間片的任務處開始執行，這樣就徹底解決了任務的實時問題。

我們在這個思路上進行改進。在每次進入時鐘中斷前，MCU保存當前狀態和當前任務的關鍵數據，然后進入時鐘中斷進行時間片處理。如果這時判斷有新的更緊急的任務的時間片到來，則執行任務切換，恢復這個更緊急的任務的現場，然后返回中斷開始執行這個更緊急的任務。

到這里，我們終于知道了操作系統的作用了。事實上，操作系統的用處遠不止幫你完成這個“任務時間片的處理”，操作系統還能幫你處理各種超時，進行內存管理，完成任務間的通信等。有了操作系統，程序的層次也更加清晰，給系統添加功能也更方便，這一切在大型項目中越發的明顯！