RTOS实时操作系统，真的实时吗？

Posted 2022-02-04 ybhuangfugui

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作者 | strongerHuang

微信公众号 | strongerHuang

我们都说RTOS（Real Time Operating System）实时操作系统，那么，到底啥是实时操作系统呢？它到底实时不实时呢？

这个问题，相信有很多初学的小伙伴都有这么疑问。

简述RTOS

RTOS：Real Time Operating System，即实时操作系统。

来自百度百科的解释：

实时操作系统是指当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，其处理的结果又能在规定的时间之内来控制生产过程或对处理系统做出快速响应，调度一切可利用的资源完成实时任务，并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。

实时操作系统，体现的重点是实时（及时响应）。简单说就是程序能及时的解决、处理一些比较急的事情，而不会出现“卡机”等情况。

比如：一个运动的小车，传感器检测到前方有障碍物，要立马减速、停车，而不是半天才反应过来（反应慢了就会撞上去）。

与裸机相比

从裸机转RTOS的同学，就会拿裸机与RTOS相比较：

• RTOS相比裸机有什么优点？
  

• RTOS相比裸机更方便吗？

• ......
  

我可以肯定的说：RTOS相比裸机更方便，优点也更多。当然，前提是MCU资源（Flash、RAM）能满足需求。

因为早期的MCU资源相对匮乏，比如Flash低于10K，RAM低于1K，这个时候用RTOS，优点就不明显，反而更容易暴露缺点。

但现在MCU资源相对比较多，动辄超过1M的Flash、 100K的RAM，这种情况下，如果跑裸机，我感觉太浪费MCU资源了。 

此处推荐阅读：

从 裸机 到 RTOS 思维的转变

裸机系统与多线程系统的区别

在51单片机上跑RTOS有没有意义？

与分时操作系统相比

很多人会联想到分时操作系统（TSOS），RTOS和TSOS有什么区别？各自有什么特点？

现在的处理器速度相对更快了，分时操作系统的实时能力也很高了。它们的区别其实可以从字面意思上理解，分时就是分为时间片，这个时间片很小，一般us级别甚至更低。

你了解一下TSOS分时操作系统的调度机制，你就会更加明白二者之间的区别了。

这一节可以参看我的之前分享的文章：RTOS和TSOS有什么区别？

RTOS真的实时吗？

回到今天的话题：RTOS真的实时吗？

严格来说，RTOS也不是实时响应并处理紧急的事情，只是在很短时间（一般ms级别）就做出了响应，给人感觉就是实时在响应。

单个CPU，在同一个时间只能处理一件事（只能执行一处程序），你创建了任务1、 任务2、 任务3......等多个任务，CPU在执行的时候都是轮流（按照优先级）执行。

1.系统滴答

RTOS实时响应有一个重要的配置，那就是系统滴答（SysTick）。

比如FreeRTOSConfig.h

#define configTICK_RATE_HZ        ((TickType_t)1000)

再比如μCOS系统的os_cfg.h

#define OS_TICKS_PER_SEC        1000u

系统滴答决定了你RTOS底层调度的时间大小，如果设置1000，那么1ms就会调度一次，也就说1ms会做出一次响应。

拿上面小车遇到障碍物为例：传感器检测到障碍物，通知更高优先级任务进行刹车，这个过程只需要1ms就会得到响应。

你肯定说：那我设置10000，是不是0.1ms就会做出响应？是不是系统滴答越大越好？

按理说系统滴答值越大响应越快，但系统调度也是需要占用时间：

调度的时间长度不变，如果N到N+1之间时间越短（滴答），留给执行任务的时间就越短。

所以，滴答值也不是越大越好，需要一个合理的值，可以参看：实时操作系统的滴答Tick设置多少才合适？

2.硬件中断

从裸机开发转RTOS的同学就有这样一个思维：我用中断就能做到实时响应。

的确，中断能做到实时响应，但不能满足大部分需求。

拿上面小车刹车来说：比如检测到前方障碍物立刻做出中断响应，此刻执行减速的动作，这个动作假如是S曲线（减减速）刹车，执行时间为1s。

如果你在中断函数里面执行这个1s刹车动作，CPU就不会做其他事情了，这样你觉得可以吗？

硬件中断只能做出一个“紧急通知”，不能做出（耗时的）执行动作。

RTOS结合硬件中断就能完美解决这个问题，中断通知高优先级任务执行刹车减速的动作，但这个过程可能需要1ms。

所以，你会发现RTOS并非真正的实时，只是这个时间很短，你感觉不出来。

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