再来学习一下RT-Thread的软件架构 | 文末赠书5本《软件架构实践》

Posted 2023-03-22 架构师李肯

再来学习一下RT-Thread的软件架构

摘要：

学习和使用了RT-Thread有2年多了的时间，最近一直在研究开源项目Matter相关的软件架构设计，趁此机会，再来温习一下rt-thread的软件架构设计。

文章目录

• 1 写在前面
• 2 RT-Thread的软件架构
• • 2.1 RT-Thread的软件架构示意图
  • 2.2 RT-Thread的软件架构解析
  • 2.3 我对RT-Thread的软件架构图的理解
• 3 软件架构之我见
• 4 友情推荐
• 5 文末福利

1 写在前面

学习和使用了RT-Thread有2年多了的时间，最近一直在研究开源项目Matter相关的软件架构设计，趁此机会，再来温习一下RT-Thread的软件架构设计。

软件设计这个东西，个人觉得是比较抽象的，我们所能看到的一些软件架构的定义，是一些做通用的技术场景做了一些高度抽象，提炼出来的概念。所以，我们要深入学习一个开源项目，学习其软件架构是非常有必要的。

本文，博主就着RT-Thread官方提供的软件设计框架，再学习学习，顺带结合自己的工作经历，谈一下软件架构迁移的问题。

2 RT-Thread的软件架构

2.1 RT-Thread的软件架构示意图

从RT-Thread官方的技术文档中，我们可以得知RT-Thread整一个软件架构长这样：

从这个软件架构图，我们可以看出，其实我们通常意义说的 RT-Thread软件架构，这是一个比较宏观的概念，它不仅仅包含RTOS内核，还包括一些组件和服务层，同时也包括一些常见常用的软件包。

2.2 RT-Thread的软件架构解析

以下部分小部分内容摘自RT-Thread技术论坛文档中心。详见戳这里：

近年来，物联网（Internet Of Things，IoT）概念广为普及，物联网市场发展迅猛，嵌入式设备的联网已是大势所趋。终端联网使得软件复杂性大幅增加，传统的 RTOS 内核已经越来越难满足市场的需求，在这种情况下，物联网操作系统（IoT OS）的概念应运而生。**物联网操作系统是指以操作系统内核（可以是 RTOS、Linux 等）为基础，包括如文件系统、图形库等较为完整的中间件组件，具备低功耗、安全、通信协议支持和云端连接能力的软件平台，**RT-Thread 就是一个 IoT OS。

RT-Thread 与其他很多 RTOS 如 FreeRTOS、uC/OS 的主要区别之一是，它不仅仅是一个实时内核，还具备丰富的中间层组件，如下图所示。

它具体包括以下部分:

• 内核层：RT-Thread 内核，是 RT-Thread 的核心部分，包括了内核系统中对象的实现，例如多线程及其调度、信号量、邮箱、消息队列、内存管理、定时器等；libcpu/BSP（芯片移植相关文件 / 板级支持包）与硬件密切相关，由外设驱动和 CPU 移植构成。
• 组件与服务层：组件是基于 RT-Thread 内核之上的上层软件，例如虚拟文件系统、FinSH 命令行界面、网络框架、设备框架等。采用模块化设计，做到组件内部高内聚，组件之间低耦合。
• RT-Thread 软件包：运行于 RT-Thread 物联网操作系统平台上，面向不同应用领域的通用软件组件，由描述信息、源代码或库文件组成。RT-Thread 提供了开放的软件包平台，这里存放了官方提供或开发者提供的软件包，该平台为开发者提供了众多可重用软件包的选择，这也是 RT-Thread 生态的重要组成部分。软件包生态对于一个操作系统的选择至关重要，因为这些软件包具有很强的可重用性，模块化程度很高，极大的方便应用开发者在最短时间内，打造出自己想要的系统。RT-Thread 已经支持的软件包数量已经达到 400+，如下举例：
• 物联网相关的软件包：Paho MQTT、WebClient、mongoose、WebTerminal 等等。
• 脚本语言相关的软件包：目前支持 Lua、JerryScript、MicroPython、PikaScript。
• 多媒体相关的软件包：Openmv、mupdf。
• 工具类软件包：CmBacktrace、EasyFlash、EasyLogger、SystemView。
• 系统相关的软件包：RTGUI、Persimmon UI、lwext4、partition、SQLite 等等。
• 外设库与驱动类软件包：RealTek RTL8710BN SDK。
• 其他。

2.3 我对RT-Thread的软件架构图的理解

本小节，谈一谈，我对RT-Thread的软件架构图的学习和理解。

a) 从整体上看，RT-Thread的这个软件架构，很好地做到了层次分明，它把整一个软件，从功能逻辑上划分为三个层面：软件包这个层次、组件或服务包这个层次、内核实现这个层次。

这一点，使我们学习软件架构设计，必须要掌握的知识点。

每接触到一个软件工程，势必会有不同的逻辑功能，那么如何把这些逻辑功能，通过一定的界线做好层次划分，这是软件设计的第一步。如果你还不清晰该如何划分，可以借鉴一下RT-Thread的设计思路。

b) 在划分好基本的三大层次之后，开始规划每一个层次之间的联系，说白了，就是API的调用关系。

从RT-Thread的设计里面，我们可以看到，通常我们做层级直接的联系时，需要遵从的一个原则就是不要跨层级调用。

比如如上图所示：尽量避免软件包层级调用到内核层太深的API；而应该尽量选择组件或服务层提供的易用型API。

c) 调用层级清晰后，开始规划每个层级中平行的模块关系，拿内核层来说，libcpu模块是一个对内核提供抽象的CPU接口，同时对下它就势必要去适配各种不同指令集的CPU。在逻辑架构里面，不同的CPU是一个平行的关系；这也就意味着在设计libcpu的接口时，务必考虑到每个不同CPU的适配兼容性，这其实是一个不小的挑战。

也就是说在同一个层级里面，其实也有小的上下层级的划分，只有把这几个逻辑层次都搞清楚后，软件架构的层次感就会非常鲜明，这样的话，在一个层次清晰的软件架构下编写代码，那就是一个字：爽！

以上就是我结合自己的一些思路，提出对RT-Thread软件框架的学习和体会，不一定全部都是对的，我也是个持续学习者，欢迎大家一同学习和探讨。

3 软件架构之我见

最近我刚好也在学习Matter相关的内容，顺带聊一聊我对Matter软件架构的看法。

Matter是一个开源的物联网协议，致力于解决物联网智能家居领域各大云平台不互联互通的难题。

从它的官方仓库，我们可以看到它的软件框架张这样：

这个软件框架是由海内外的几个科技巨头，诸如Google、Apple、亚马逊、涂鸦、乐鑫等，一起创造设计的。

我觉得从软件设计的角度上来看，它很好地把底层通讯与应用层逻辑分离开来，而这就是我们软件设计里面一大很重要的原则：高内聚、低耦合。

要想做到这样的软件架构设计，必须对你的软件项目有足够的理解，还要有丰富的逻辑抽象能力，对相同的实物做同类的归纳，而不同的实物，做好层次分离，达到概念合理，逻辑清晰的地步。

软件架构设计是一项需要长期实践和学习的能力，就拿Matter这套软件架构来说，我也才学了一些皮毛，还有很多知识需要进一步消化。

如果你也对Matter感兴趣，欢迎与我交流、套路。

4 友情推荐

今天给大家推荐一本软件架构领域的教科书《软件架构实践》。

在比尔 · 盖茨的众多称谓中，据说他更偏爱“首席软件架构师”。在网易创始人丁磊名字前，也有“首席架构师”这样的称谓。架构师是如此重要，以至于在《黑客帝国》 中各色人物悉数登场，最后你却发现这一切都是被一个称作“架构师”的白胡子老头左 右的。

这是否意味着要成为架构师就要以“领导”权威来支撑或者以时间或实践来积累？ 当然不必这样，在修炼成“架构师”的道路上，一本好书能让你少走许多弯路，帮助你学会“架构师”思维，快速进入“架构师”角色。

随着数字时代的到来，各种云基础设施、微服务、框架层出不穷，互联和互操作变 得唾手可得，集成和重用已有成果成为软件开发常态。在软件系统变得越来越复杂的同时，今天架构师似乎不再需要架构知识了，甚至软件开发的精髓被调侃是“ Ctrl+C 和 Ctr1+V ”。显然，在已有的架构上实现二次架构设计并不是架构师的未来，我们既要站 在巨人的肩膀上， 善于利用后发优势， 更需要从原始创新上取得突破， 这就需要你回到 问题的原点，系统地掌握软件架构的知识，努力贡献优秀的原创架构。

《软件架构实践》 就是这样一本书。本书是其第 4 版，在软件架构领域，本书已经成为标准。软件架构的术语或知识，大都可以在这本书中找到相关内容和最准确的定义。

5 文末福利

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