RTOS 設(shè)計(jì)已成為許多嵌入式應(yīng)用的關(guān)鍵，RTOS 用于超過 50% 的嵌入式應(yīng)用程序，并且隨著如此多的設(shè)備開始連接并開始使用機(jī)器學(xué)習(xí)，這些數(shù)字只會(huì)增加。嵌入式開發(fā)人員在設(shè)計(jì)基于 RTOS 的應(yīng)用程序時(shí)，有許多注意事項(xiàng)，在今天的文章中，我們探討5個(gè)RTOS 設(shè)計(jì)最佳實(shí)踐。

　　1. 數(shù)據(jù)決定設(shè)計(jì)

　　好的軟件設(shè)計(jì)是由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的，換句話說，數(shù)據(jù)決定設(shè)計(jì)。大多數(shù)系統(tǒng)是事件生成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，反過來，這些數(shù)據(jù)必須以各種方式流經(jīng)應(yīng)用程序，進(jìn)行處理，然后存儲(chǔ)或輸出。

　　在開始 RTOS 設(shè)計(jì)，甚至任何嵌入式應(yīng)用程序設(shè)計(jì)時(shí)，首先要識(shí)別應(yīng)用程序中的所有數(shù)據(jù)源。首先創(chuàng)建一個(gè)列表;接下來，在圖表中繪制塊并標(biāo)記數(shù)據(jù)源;最后，將數(shù)據(jù)源映射到它們的最終目的地，標(biāo)記數(shù)據(jù)如何轉(zhuǎn)換、如何處理以及哪些應(yīng)用程序區(qū)域使用數(shù)據(jù)。當(dāng)完成時(shí)，任務(wù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、同步機(jī)制等自然會(huì)從數(shù)據(jù)流中出來。

　　2. 使用 RMS 驗(yàn)證你的設(shè)計(jì)

　　RMS，最著名的是速率單調(diào)調(diào)度，是一種分析技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以使用它來測(cè)試他們關(guān)于系統(tǒng)中的任務(wù)是否可以成功調(diào)度的假設(shè)。RMS 存在多種模型，最基本的模型假設(shè)：

　　任務(wù)是周期性的

　　任務(wù)是獨(dú)立的

　　使用搶占式調(diào)度

　　每個(gè)任務(wù)都有一個(gè)恒定的最壞情況執(zhí)行時(shí)間

　　所有任務(wù)都同樣重要

　　非周期性任務(wù)僅限于啟動(dòng)和故障恢復(fù)

　　乍一看，其中一些假設(shè)對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界似乎非常不切實(shí)際，但是，大多數(shù)設(shè)計(jì)都可以使用它們進(jìn)行分解和驗(yàn)證。(更復(fù)雜的模型改進(jìn)了這些假設(shè))。示例分析如下：

　　3. 任務(wù)分解從外向內(nèi)開始

　　將應(yīng)用程序分解為任務(wù)可能具有挑戰(zhàn)性，嵌入式開發(fā)人員經(jīng)常發(fā)現(xiàn)自己會(huì)提出以下問題：

　　我的任務(wù)太多了嗎?

　　我沒有足夠的任務(wù)嗎?

　　可以安排所有這些任務(wù)嗎?

　　這些任務(wù)應(yīng)該合并還是分開?

　　開始分解應(yīng)用程序時(shí)，最好的方法是從外向內(nèi)。首先查看硬件設(shè)備以及系統(tǒng)的輸入和輸出，查看數(shù)據(jù)和生成數(shù)據(jù)的速率，輸入/輸出和硬件及其數(shù)據(jù)流將有助于識(shí)別系統(tǒng)中的主要任務(wù)，例如，你最終可能會(huì)得到一個(gè)簡單的圖表，如下所示：

　　上圖標(biāo)識(shí)了五個(gè)主要任務(wù)，然后是一個(gè)可以進(jìn)一步分解的應(yīng)用程序塊。

　　4. 使用 OSAL 解耦 RTOS

　　很多公司圍繞他們的 RTOS 構(gòu)建他們的整個(gè)應(yīng)用程序，RTOS 應(yīng)該是應(yīng)用程序中的一個(gè)組件，而不是應(yīng)用程序的基礎(chǔ)。問題是開發(fā)人員無法控制 RTOS，如果 RTOS 發(fā)生更改，則應(yīng)用程序無法免受這些更改的影響，如果 RTOS 突然不再可用或被某人購買，更改為不同的 RTOS 可能與重寫大部分應(yīng)用程序一樣痛苦。

　　這里的最佳實(shí)踐是使用操作系統(tǒng)抽象層 (OSAL)。它可以非常優(yōu)雅地融入軟件架構(gòu)，如下圖所示：

　　請(qǐng)注意，RTOS 只是應(yīng)用程序堆棧中間的另一個(gè)組件。如果我們想換出新的 RTOS，我們需要做的就是將 OSAL 映射更改為新的 RTOS。應(yīng)用程序?qū)⒉恢腊l(fā)生了什么變化!

　　OSAL 本質(zhì)上充當(dāng)依賴屏障，并將使用通用操作系統(tǒng)調(diào)用。例如，每個(gè) RTOS 都有一個(gè)信號(hào)量、互斥量等。OSAL 為常見的 RTOS 功能提供了通用 API。如果需要一些特定于操作系統(tǒng)的功能，這些功能不在像 CMSIS-RTOS2 這樣的通用 OSAL 中，那么嵌入式開發(fā)人員應(yīng)該為 OSAL 編寫自己的擴(kuò)展。這將繼續(xù)限制應(yīng)用程序?qū)?RTOS 的耦合和依賴。畢竟，你永遠(yuǎn)不知道它什么時(shí)候會(huì)改變。

　　5. 不要將信號(hào)量用作互斥體

　　互斥量和信號(hào)量是為不同的目的而設(shè)計(jì)的。互斥鎖旨在提供對(duì)資源的互斥訪問。信號(hào)量是為任務(wù)通知和協(xié)調(diào)而設(shè)計(jì)的。

　　設(shè)計(jì)人員和開發(fā)人員經(jīng)常使用二進(jìn)制信號(hào)量作為互斥體。互斥鎖可以鎖定/解鎖資源。可以給出或獲取二進(jìn)制信號(hào)量，從而導(dǎo)致看起來很像鎖定/解鎖的狀態(tài)。但是，這兩者之間有一個(gè)重要的區(qū)別。互斥體有一個(gè)稱為優(yōu)先級(jí)繼承的特性。在優(yōu)先級(jí)倒置的情況下，優(yōu)先級(jí)繼承可以提升任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，將優(yōu)先級(jí)倒置的影響降到最低。

　　信號(hào)量不支持優(yōu)先級(jí)繼承，因此當(dāng)用作互斥體時(shí)會(huì)導(dǎo)致優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)和其他設(shè)計(jì)問題。確保你了解這些差異，并且永遠(yuǎn)不要使用信號(hào)量來保護(hù)數(shù)據(jù)訪問。使用正確的工具，即互斥鎖。

　　結(jié)論

　　RTOS 設(shè)計(jì)正在成為或已經(jīng)成為嵌入式開發(fā)人員需要執(zhí)行的一項(xiàng)常見活動(dòng)，很多困難可以通過我們剛剛研究的5個(gè)RTOS設(shè)計(jì)最佳實(shí)踐來緩解。仔細(xì)研究這些方法，你可以避免很多煩惱。