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在开始前，给大家一个问题： 为什么我们需要操作系统？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操作系统？
前言： 首先比较主流的操作系统有UCOSII、FREERTOS、LINUX等，UCOSII的资料相对比其余的两个操作系统的资料是多很多的。在这里选择 UCOSII/UCOSIII 来讲解。 1、操作系统的作用 操作系统是计算机硬件系统与应用程序之间的接口，应用程序设计人员只是以操作系统层为基础使用计算机系统，所以程序设计人员 看到和使用的只是一些由计算机操作系统所提供的函数API，至于操作系统的这些底层函数是怎么实现的，作为一个应用开发人员是不需要管的。 2、嵌入式系统的特点 (1)专用性强：嵌入式系统通常是面向某个特定的应用的，所以嵌入式系统的硬件是特定用户群来设计的 (2)可以裁剪：Linux系统有很多网络协议栈之类的，有些做个数码相框的，没有必要的话，那么直接把那段源码去掉也是可以的 (3)实时性与可靠性：所谓的实时性不是指，你代码写的东西必须要马上执行，而是你写的代码可以在合适的时间中执行，因为操作系统有很多机制，比如资源的抢占，优先级低的任务是不可能实现。 【重点理解实时性】 3、嵌入式实时操作系统的基本功能： (1)内存管理： 内存管理主要是动态内存的管理，当应用程序需要使用内存的时候，可以利用操作系统所提供内存分配函数来获得足够的内存空间。 动态内存就是指malloc、free函数的分配，就是从堆里面拿内存，因为我们本来嵌入式系统的内存分配就比较少，所以这里很关键。 (2)多任务管理： 裸机就是一个单任务的前后台的程序，就是一个任务加上中断的机器的实现方法。程序设计人员就可以按照多线程来设计自己的程序，程序的耦合性和单元测试方面就会比较的容易。关键就是程序的可复用性会更加的好。 (3)外围资源管理： 除了本身自己必须需要的东西，内存和CPU，还有很多输入型设备和输出型设备需要管理。 由于资源是有限的，因此操作系统必须对这些资源进行合理的调度和管理，才能保证每个要使用资源的任务在运行时可以获得足够的资源。 4、裸机和操作系统最大的区别 裸机是在一个main函数中不断的执行，除了有中断才会跳转到别的相应的代码中执行的。不然运行的指针就会按照地址的不断的加地址来执行。顺序的执行结构，就是你可以通过代码的找到相应的执行流程。 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。 操作系统之后，main函数，当通过函数堆栈切换的跳转到第一个任务之后，通过优先级的判断优先级高的任务可以得到优先的执行，就好像有多个main函数在一起执行的假象（并行） main { {任务1的时间片到了则处理任务1}； {任务2的时间片到了则处理任务2}； ....... {任务N的时间片到了则处理任务N}； } time_isr_server { {判断每个任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，任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，因为某个任务的时间片到来后，也不能立即就执行，她必须等到当前任务的时间片用完，并且后面的任务时间片没到来，她才有机会获得“执行时间”。 这时候我们需要继续改进思路,为了使得某个任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任务处开始执行，这样就彻底解决了任务的实时问题。 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的当前状态和当前任务用到的一些数据，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任务的时间片到来了，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任务。
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”，它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，有了它，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！  奋斗的小青年，终生学习者 有趣的灵魂终会遇见。 |
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