前两天看到有人说：计算机的多线程，必须要有MMU才行，否则系统不能正常运行。MMU：Memory Management Unit，即内存管理单元，它是一个“好东西”，在大型的操作系统中，起到了关键的作用。但是，并不是所有操作系统都需要MMU才行，我们嵌入式中很多常用的RTOS（实时操作系统）没有MMU一样可以实现多线程。
只是RTOS实现的多线程相对大型操作系统要简单一点，其原理也要简单的多。下面就来围绕RTOS给大家大家关于RTOS的多线程的内容。
严格来说，单核处理器一次只能执行一条指令，也就是说只能“单线程”。（当然，多核处理器就不一样）为了在单核处理器上运行多个线程，我们实际上需要定期在线程之间进行快速切换，以便用户感觉多个线程在并行运行。比如处理器执行两个线程，处理器实际在两个线程之间来回切换，如下图所示：我们说的单核处理器是“单线程”的，它有一组寄存器，我们就叫这组寄存器属于一个“线程”。实际发生的情况如下所示（当然，它取决于的MCU类型，但总体思路是相同）：# MIPS反汇编：
LW V0, -32744(GP) # "a" 的值从RAM加载到寄存器V0LW V1, -32740(GP) # 值"b" 从RAM加载到寄存器V1ADDU V0, V1, V0 # a、b值相加，结果保存到寄存器V0中SW V0, -32496(GP) # 寄存器V0的值存储在RAM中（变量c所在的位置）
你会发现上面执行了4个动作，但是抢占式操作系统可以在任何时候抢占另一个线程，包括在这4个动作之间。假如在这过程中有其他线程抢占了，其他线程同样抢占了当前线程V0、 V1，如果不对V0、 V1进行保存，那么下次回来执行当前线程，结果就会出错。所以，针对当前这种问题，我们就需要在切换线程之前，对V0、 V1的数值进行保存，当下次切换到当前线程，再恢复V0、 V1的数值，大致流程如下：大概意思就是：当我们需要从一个线程切换到另一个线程时，内核获得控制权，执行必要的内务处理（至少要保存和恢复寄存器值），然后将控制权转移到下一个线程以运行。上面说的抢占位置，到底在哪里，每个线程保存在哪个寄存器值中？这就是线程的堆栈的内容。
在有MMU的操作系统中，（用户的）线程堆栈可以按需动态增长：线程需要的堆栈空间越多，线程堆栈就越多（如果内核允许）。但是，我们一般的MCU却没有MMU这个“高端”的东西，所有RAM都静态映射到地址空间。因此，每个线程都会有用于堆栈的RAM空间，如果线程使用的RAM超过堆栈的数量，则会导致内存溢出或细微的错误。（实际上，每个线程的堆栈空间只是一连续数组空间）。因此，当我们决定为每个线程分配多少堆栈时，我们只是估计可能需要多少堆栈，但是具体多少可能不是很清楚。比如，如果这是一个具有多层嵌套调用的GUI线程，则可能需要数个千字节，但如果它是一个流水灯的小线程，则可能几十字节就足够了。如上面所述，每个线程的寄存器值都保存在线程的堆栈中。线程的寄存器值集称为线程的“上下文”。如下图所示（线程A为在正在执行的“活动线程”）：请注意，在正在执行的线程A的上下文没有保存在堆栈中，堆栈指针指向线程A用户数据的顶部，并且当前处理器的寄存器专用于线程A。当内核决定将控制权切换到线程B时，它将执行以下操作：- 将所有寄存器值保存到堆栈中（保存到线程A堆栈的顶部）；
上面在执行过程中，或进行上下文切换时，还可能会涉及到一个非常重要的内容：中断。MCU通常具有外设：TIM、UART、 SPI、 CAN等，它们随时都能发生重要事件以触发中断。中断条件是当当前正在执行的线程暂停时，处理器在一段时间内执行其他操作（Handles Interrupt），然后返回。中断可能随时触发，我们应该做好处理的准备。中断处理程序称为ISR（中断服务程序）：中断可能具有不同的优先级，例如，如果触发了一些低优先级的中断，则当前正在执行的线程将暂停，并且ISR会获得控制权。然后，如果触发了某个高优先级中断，则当前正在执行的ISR将再次暂停，并为该高优先级中断运行一个新的ISR。这样一来，完成后，控制权将返回到第一个ISR，并且在完成时，也会恢复被中断的线程。重要的关键代码：在线程活跃过程中，如果有重要的事情“关键的代码”，在这过程中如果中断发生，很容易导致意想不到的结果。这部分关键的代码，我们需要要保护起来，通常我们的做法就是：在之前“关键代码”之前禁用全局中断，执行完之后，开始全局中断。
有一点需要注意：关闭全局中断，此时就不会相应中断，所以“关键代码”不能太长。在上面说到一点，高优先级中断抢占低优先中断，就会出现一个问题：低优先级的代码需要和线程一样，用于保存数据的堆栈。频繁中断，或者中断较多，线程自身的堆栈空间就会很快被使用完。因此，我们就需要换一种方法，为为所有ISR中断开辟单独的堆栈空间。好了，本文讲述了上面几种关于抢占，以及相关的内容，你学会了几点？
来源：strongerHuang
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