RTOS实时操作系统，真的实时吗？

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作者 | strongerHuang

微信公众号 | strongerHuang

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，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：

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？

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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