基于灵动微电子MM32 MCU的OS移植与应用

近年来，物联网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然成为趋势。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。正是在这种情况下，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。

一般简单的嵌入式系统软件的编程思路是下面这样的：

main

{

{任务1}；

{任务2}；

{任务3}；

.......

{任务N}；

}

isr_server

{

{处理中断}；

}

这是嵌入式工程师编程的一般思路，对于一个简单的系统当然是够用了，但在这样的系统中每个任务的实时性是很差的，比如如果“任务1”用于用户输入的检测，当用户输入时，如果程序正在执行其他的任务进程，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”。

而我们如果把所有任务都放到中断里去处理，虽然改善了实时性，却会导致另外一个问题：一个任务在处理的时候有可能会引发其它的中断丢失。这个后果有时候比“慢一点”更加严重和恶劣！又比如任务2是一个只需要1s钟处理一次的任务，那么显然任务2会白白浪费CPU的时间。

这时，我们可能需要改进我们的编程思路，一般我们会尝试采用“时间片”的方式。这时候软件结构会变成下面的方式：

main

{

{如果任务1的时间片到了则执行任务1}；

{如果任务2的时间片到了则执行任务2}；

.......

{如果任务N的时间片到了则执行任务N}；

}

timer_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，使得任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。但你可以发现，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，MCU必须等到当前任务的时间片用完，并且后面的任务时间片还没有来，32位单片机才有机会获得“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以后能立即执行，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。在每次进入时钟中断前，MCU保存当前状态和当前任务的关键数据，然后进入时钟中断进行时间片处理。如果这时判断有新的更紧急的任务的时间片到来，则执行任务切换，恢复这个更紧急的任务的现场，然后返回中断开始执行这个更紧急的任务。

到这里，我们终于知道了操作系统的作用了。事实上，操作系统的用处远不止帮你完成这个“任务时间片的处理”，操作系统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。有了操作系统，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！