px4原生源码学习二--实时操作系统篇
??po上我使用到的硬件和開發(fā)環(huán)境
? px4硬件：某寶銷量最高的pixhawk套件（主機，gps+指南針，數(shù)傳，pwm轉(zhuǎn)pmm，安全開關(guān)，蜂鳴器，電源轉(zhuǎn)換接頭）
? 遙控器：某國產(chǎn)神器
? 開發(fā)環(huán)境：虛擬機vm12+ubuntu14
?ps:此文章只針對純代碼分析，關(guān)于那些個飛機類型啦，硬件什么的我就不多說了，這個得自己去親身體驗才行，切不可貿(mào)然飛行，這個還是很危險的！！！！！
?還有就是什么Git，Linux，make什么的也不會多說，畢竟只是工具屬性。
?獲得更好支持可以訪問http//:px4.io 我知道的大部分來自這個網(wǎng)站。
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??? 為什么我要談到實時操作系統(tǒng)？首先據(jù)我所知，國內(nèi)除了軟件工程專業(yè)和計算機專業(yè)，其它專業(yè)應(yīng)該很少會開操作系統(tǒng)這門課程，對于廣大的自控和電子專業(yè)的學(xué)生來說，其實這非常不利的！！！！如果你只是開發(fā)一個簡簡單單的單片機程序，不用考慮以后對于程序的升級與修改，那么你簡簡單單寫個main函數(shù)的while循環(huán)其實沒什么不好。但你要遇到那種開發(fā)周期長，系統(tǒng)復(fù)雜的產(chǎn)品或者項目，那最好是基于實時操作系統(tǒng)開發(fā)，因為這對于代碼重用和添加新功能或者新設(shè)備來說會方便挺很多，代碼的編寫程度也會簡單很多。像早期的apm飛控也是基于板子的main函數(shù)，導(dǎo)致其代碼復(fù)雜，冗余，后面直接被棄，因為可能每添加一個功能或者設(shè)備，代碼就可能要重構(gòu)。我們要講的px4飛控其實也是基于一個叫做Nuttx的實時操作系統(tǒng)的（在此提醒各位拿到代碼找main函數(shù)的同志們，不要白費力氣，你找不到的，因為確實系統(tǒng)不是main函數(shù)啟動的！！！，后面我會專門講一下px4是如何啟動的），其實我沒猜錯的話大疆飛控用的應(yīng)該是在國內(nèi)外很出名的開源實時操作系統(tǒng)μC/OS。所以要更好理解px4，就一定要有操作系統(tǒng)概念。下面我就基于兩點談?wù)?#xff1a;第一：什么是實時操作系統(tǒng)，第二：px4的實時操作系統(tǒng)Nuttx。
?????首先談?wù)劜僮飨到y(tǒng)，說到操作系統(tǒng)，大家首先會想到windows，linux或者Mac os，亦或者手機的一些操作系統(tǒng)。沒錯這些都是操作系統(tǒng)，但這些操作系統(tǒng)和今天要談的實時操作系統(tǒng)有一些基本的概念和理論都是一樣的，但他們又有一些不同。
?? 相同點：所以操作系統(tǒng)無非由以下四大部分組成（熟記這四個模塊）：
?????????????????? 1.任務(wù)調(diào)度
?????????????????? 2.內(nèi)存管理
?????????????????? 3.文件系統(tǒng)
?????????????????? 4.?I/O
???? 對于主流的操作系統(tǒng)而言，這四個缺一不可！！，而對于一些非常簡單的實時操作系統(tǒng)可能會沒有3和4。
???? px4所使用的的Nuttx這四個模塊都有。
???? 什么是任務(wù)調(diào)度（很多課本上會說進程管理，但后面操作系統(tǒng)發(fā)展出了線程，這個說法其實不嚴謹）？
???? 想想你日常使用的手機，有各式各樣的APP，其實每個APP都可以把它抽象為一個簡單的task（任務(wù)），你在各個APP之間切換自如，包括有一些后臺運行的APP，假設(shè)你手機是單核的，一次只能運行一個task，那手機是怎么實現(xiàn)后臺運行多個APP的呢？這個就得歸功于操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度功能，由于大部分的APP都不會涉及到太多的計算，所以這些APP真正使用CPU的時間少之又少，大部分時間是在等待輸入和輸出操作的，這個時候就可以把他們掛起，讓別的task使用CPU了，由于這個切換很快，你感覺不到，所以你就感覺事實上有多個程序在同時運行。
????簡單點說任務(wù)調(diào)度就是一個程序，這個程序決定其他程序什么時候使用CPU，什么時候掛起。
????上面的說法就引出了一個問題，如果同時有兩個task都要求使用CPU呢？怎么辦！誰先用？這就引進了另外一個概念：優(yōu)先級。誰優(yōu)先級高誰用CPU。而這個就是實時操作系統(tǒng)同普通操作系統(tǒng)的區(qū)別。實時操作系統(tǒng)有嚴密的等級制度和相應(yīng)制度即：高優(yōu)先級task搶低優(yōu)先級task （即使這個task在用CPU）CPU，對于高優(yōu)先級的程序，要求系統(tǒng)有快速的反映時間（這是衡量一個實時操作系統(tǒng)好壞的主要標準）。
????什么是內(nèi)存管理？
??? 程序要運行首先要干嘛？要把它從ROM（可理解為硬盤）里面加載到RAM（可理解為內(nèi)存）里面。如果單片機就跑一個程序，整個內(nèi)存都是你的，你想怎么用就怎么用。可是引入操作系統(tǒng)后，要對多個task進行調(diào)度，就得把他們?nèi)考虞d到內(nèi)存中，可是畢竟單片機或者mcu的內(nèi)存有限（即使電腦的也有限），這就引出了內(nèi)存管理。
???簡單點說內(nèi)存管理也是一個程序，這個程序決定誰駐留在內(nèi)存，誰離開內(nèi)存。
????
??什么是文件系統(tǒng)？
??在ROM里面保存的東西，如果是少量的東西，你可以隨便保存。可是當你有幾十個g種子的時候，你也直接用單片機的方式一個一個寫到flash里面！！！你雜亂無章的保存會導(dǎo)致后面查找，刪除，修改變得非常麻煩，使用我們要用文件系統(tǒng)來幫我們管理這些個文件，而我們只要對文件系統(tǒng)進行操作就能對文件操作了。
??簡單點說文件系統(tǒng)是一個程序，它幫我們管理我們的文件，使我們操作文件更方便。
? 什么是I/O？
???CPU不能獨立的存在，它得和周圍的設(shè)備通信，內(nèi)存也好，flash也罷，這些都可以通歸為I/O設(shè)備。對于px4來說I/O設(shè)備就更多了，什么gps，陀螺儀，加速計，氣壓計，空速計，pmm輸入等等，還在一直加呢！我們自己寫個main數(shù)，也可以讀出這些設(shè)備的數(shù)據(jù)，但在操作系統(tǒng)中，對這些設(shè)備進行操作就不是那么簡單了。由于I/O算的上計算機組件當中最復(fù)雜的東西了，你不能簡簡單單把它歸類為某個程序。Unix系統(tǒng)對I/O設(shè)備有個很好的抽象：文件。Unix系統(tǒng)中把所有東西都抽象成文件，I/O設(shè)備是一種特殊的文件。因為事實上我們并不關(guān)心你I/O設(shè)備是什么，我們只想要其中的數(shù)據(jù)，文件可以存取數(shù)據(jù)，傳感器數(shù)據(jù)不斷更新，我就不斷更新這個文件內(nèi)容，其他程序想要里面的數(shù)據(jù)可以去讀這個文件就行。
???不同系統(tǒng)對于I/O管理的理念大不相同，我無法把它抽象為一個程序或者文件，后面我會針對Nuttx的I/O談?wù)劇?/span>
??px4的實時操作系統(tǒng)Nuttx
???
??? 首先說說px4和Nuttx的淵源：PX4是一個軟、硬件開源項目（遵守BSD協(xié)議），目的在于為學(xué)術(shù)、愛好和工業(yè)團體提供一款低成本高性能的高端的自駕儀。這個項目源于?ETH Zurich (蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué))的計算機視覺與幾何實驗室的PIXHAWK項目、并得到了自主系統(tǒng)實驗室和?自動控制實驗室的支持。而Nuttx也是蘇黎世聯(lián)邦理工大學(xué)的一個開源項目（這個學(xué)校在計算機方面可能算的上是歐洲最強的了，那個提出最短路徑算法和信號量的教授就是這個學(xué)校的）。所以他們兩個就走到了一起。
? 下面背下書：NuttX 是一個實時操作系統(tǒng)（RTOS），強調(diào)標準兼容和小型封裝，具有從8位到32位微控制器環(huán)境的高度可擴展性。NuttX 主要遵循? Posix 和 ANSI 標準，對于在這些標準下不支持的功能，或者不適用于深度嵌入環(huán)境的功能（如 fork()），采用來自 Unix 和常見 RTOS （如 VxWorks）的額外的標準 API。
?? 下面一篇文章我將著重講解一下Nuttx系統(tǒng)的使用。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的px4原生源码学习二--实时操作系统篇的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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