文章目錄

• 前置說明
• RTThread框架
• 線程管理及調度器
• 線程間通信管理
• 時鐘管理
• 內存分布
• 內存管理
• • 動態內存堆管理
  • 靜態內存池管理
• RTT啟動過程
• 自動初始化機制
• 內核對象管理架構
• 內核配置&剪裁

前置說明

一般單片機一般只有一個核心，做多線程實際上是 分時復用 CPU，是并發的。線程通常是指操作系統上的概念，而本文介紹的實時操作系統 RTThread 的線程個人感覺應該稱之為 任務 更合理，但為了和官方說法一致，以下仍叫線程。

主要參考： RTThread 內核基礎

RTThread框架

與其他 RTOS 不同，RTThread 不僅僅是一個實時內核，它在努力構造一套開發生態。

其完整版框架如下：

當然這里我們僅學習 RTThread 內核 部分，同時本文大部分內容點到淺嘗輒止，主要是對RTThread 有一個大體的印象。

線程管理及調度器

RTT 的本質是 基于優先級的全搶占式多線程調度系統，在該實時系統中，線程是最小的調度單位。

即在系統中除了中斷處理函數、調度器上鎖部分的代碼和禁止中斷的代碼是不可搶占的之外，系統的其他部分都是可以搶占的，包括線程調度器自身。

注意：RT-Thread 中，實際上線程并不存在運行狀態，就緒狀態和運行狀態是等同的。

RTT 最多支持 256 個線程優先級，0 優先級代表最高優先級，最低優先級留給空閑線程使用。

同時它也支持創建多個具有相同優先級的線程，相同優先級的線程間采用 時間片輪轉調度算法 進行調度，使每個線程運行相應時間。

線程間通信管理

• 線程同步
  RT-Thread 采用 信號量、互斥量 與 事件集 實現線程間同步。線程通過對信號量、互斥量的獲取與釋放進行同步。
• 線程通訊
  RT-Thread 支持 郵箱 和 消息隊列 等通信機制。郵箱和消息隊列的發送動作可安全用于中斷服務例程中。通信機制支持線程按優先級等待或按先進先出方式獲取。

時鐘管理

任何操作系統都需要提供一個時鐘節拍，以供系統處理所有和時間有關的事件，如線程的延時、線程的時間片輪轉調度以及定時器超時等。

時鐘節拍是特定的 周期性中斷，這個中斷可以看做是 系統心跳，中斷之間的時間間隔取決于不同的應用，時鐘節拍率越快，系統的額外開銷就越大，從系統啟動開始計數的時鐘節拍數稱為系統時間。

RT-Thread 的時鐘管理以時鐘節拍為基礎，時鐘節拍是 RT-Thread 操作系統中最小的時鐘單位。

RT-Thread 的定時器提供兩類定時器機制：

• 單次觸發定時器
  這類定時器在啟動后只會觸發一次定時器事件，然后定時器自動停止。
• 周期觸發定時器
  這類定時器會周期性的觸發定時器事件，直到用戶手動的停止定時器否則將永遠持續執行下去。

通常使用定時器定時 回調函數（即超時函數），完成定時服務。用戶根據自己對定時處理的實時性要求選擇合適類型的定時器。

內存分布

首先看一下 RT-Thread Studio 中 編譯完生成的 elf 文件：

• text
  代碼段，用來存放 代碼 及一些 只讀常量，一般是只讀的區域。

• data
  數據段，用來存放全局初始化變量，以及全局或局部 靜態變量。

• bss
  BSS 段，用來存放所有 未初始化的數據，用 0 來初始化。

• dec
  是 decimal 即十進制的縮寫，是 text，data 和 bss 的算術和。

• hex
  是 hexadecimal 即十六進制的縮寫。

• filename
  編譯生成的目標文件名，本例中即為：rtthread.elf 。

一般 MCU 包含的存儲空間有：片內 Flash 與片內 RAM。

RAM 相當于內存，Flash 相當于硬盤。

• FLASH（燒錄程序所占的Flash大小） = text + data

• RAM （運行時占用的RAM大小） = data + bss

內存管理

動態內存堆管理

動態內存堆是根據我們開發需求分配任意大小的內存塊。既然是堆，那么就要我們自己申請及釋放。當不需要再使用這些內存塊時，需要釋放回堆中供其他應用分配使用，否則會造成 內存泄漏。

RTT為我們提供了三種動態內存堆的調度算法：

• 小內存管理算法
• slab算法
• memheap 管理算法

靜態內存池管理

內存堆管理器非常靈活和方便，但是會產生以下兩個問題：

• 分配效率不高，在每次分配時，都要空閑內存塊查找。
• 容易產生內存碎片。

為了提高內存分配的效率，并且避免內存碎片，RT-Thread 提供了另外一種內存管理方法：內存池（Memory Pool）。

注意：內存池是 靜態變量，其存放位置為 data 段。

當靜態內存池具有可用內存時，系統對內存塊分配的時間將是恒定的。

當靜態內存池為空時，系統將申請內存塊的線程掛起或阻塞掉 (即線程等待一段時間后仍未獲得內存塊就放棄申請并返回，或者立刻返回。

等待的時間取決于申請內存塊時設置的等待時間參數)，當其他線程釋放內存塊到內存池時，如果有掛起的待分配內存塊的線程存在的話，則系統會將這個線程喚醒。

ps：內存池的線程掛起功能非常適合需要通過內存資源進行同步的場景。

RTT啟動過程

自動初始化機制

在函數定義處通過宏定義的方式進行申明，就會在系統啟動過程中被執行。

使用該方法，main() 函數會非常簡潔。

內核對象管理架構

RT-Thread 采用內核對象管理系統來訪問 / 管理所有內核對象，內核對象包含了內核中絕大部分設施，這些內核對象可以是靜態分配的靜態對象，也可以是從系統內存堆中分配的動態對象。

通過這種內核對象的設計方式，RT-Thread 做到了不依賴于具體的內存分配方式，系統的靈活性得到極大的提高。對象容器中包含了每類內核對象的信息，包括對象類型，大小等。對象容器給每類內核對象分配了一個鏈表，所有的內核對象都被鏈接到該鏈表上。

推薦：rt-thread的內核對象管理系統分析

內核配置&剪裁

RT-Thread 的一個重要特性是高度可裁剪性，支持對內核進行精細調整，對組件進行靈活拆卸。

配置主要是通過修改工程目錄下的 rtconfig.h 文件來進行，用戶可以通過打開 / 關閉該文件中的 宏定義 來對代碼進行條件編譯，最終達到系統配置和裁剪的目的。

另外，env - menuconfig 是個好東西。

注意：在實際應用中，系統配置文件 rtconfig.h 是由配置工具自動生成的，無需手動更改。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的RTThread（一） - 概念及简介的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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