嵌入式系统的核心：RTOS

大概在2000年左右，嵌入式行业迎来了黄金发展期，盖因为电子行业的兴起。电子嵌入式设备与我们的生活紧密的联系在一起。小到我们日常用品 ，比如：手机，冰箱，洗衣机，导航。大到国家层面：火箭，飞船，卫星等。诚然，任何一个行业都有成熟期，到衰落期。嵌入式行业不能说是衰落，只是没有之前那么火热。但是依然和我们的生活息息相关。在这里和大家一起探讨下嵌入式的核心：操作系统，结合原创代码，以便对其有深入的理解。

其实，我们一般说嵌入式操作系统，首先想到的是RTOS；那就需要保证两点：实时性或者准实时，稳定性。开车的朋友都知道，汽车里的音响设备是一个典型的嵌入式系统

我们打个比方如果把车载音响里的收音机，CD，USB，蓝牙等称作人体功能骨骼的话，那RTOS就相当于我们的神经大脑。来统一支配，协调工作。

简单来说，RTOS可以看做是一个无限循环的系统，在这个系统中，一直在检测是否有事件被触发，一旦有事件触发，就解析该事件所附带的信息，把事件发送给对应的APP去处理。如果有多个APP，有大量的事件。那么事件以及APP就需要分优先级，因为高优先级的事件可以打断正在执行的低优先级事件；那么就涉及到队列等。

一：消息队列的设计

        如上图，32个消息，P代表指向前一个消息，N代表指向下一个消息，Event代表消息的结构体，蓝色和黑色箭头分别代表出队和入队，一个简单的消息框架就成型了

我们看下定义消息的结构体代码：

typedef  struct{

int  EvtCode;  //事件内容

int EvtPri; //优先级（值越小优先级越高）

int  Opt1;

int  Opt2;

}

typedef  struct{intPrev;//指向前一单元的indexintNext;//指向后一单元的indexSysEvent_stEvent;//保存Event信息}SysEventItem_ts;typedef  struct{SysEventItem_ts*EventItem;//指向EventQueue的指针intIn;//进队位置的indexintOut;//出队位置的indexintQueFullFlg;//队列是否为Full}SysEventQueue_ts;typedef  struct{

考虑到事件带有优先级，所以定义了成员：EvtPri，另外为了方便扩展，又定义了4个opt。

二：事件入队和出队

 为了方便事件管理，在入队时，我们是把优先级高的尽量向队列的头部插入，出队时就按照正常的顺序，这样队列的优先级就可以很好的保证。

       对应源码就比较简单了，分为以下几个主要模块：

      1,队列初始化

     void event_init(void)
{

for(aubCount = 0; aubCount < aubSize; aubCount++){
/* Event Item Init */
tsEventItem[aubCount].Prev = (aubCount + aubMask) & aubMask;
tsEventItem[aubCount].Next = (aubCount + 1)  & aubMask;
/* Event Init */
tsEventItem[aubCount].Event.EvtCode= CLEAR;
tsEventItem[aubCount].Event.EvtPri= INVALID;
tsEventItem[aubCount].Event.Opt1= CLEAR;
tsEventItem[aubCount].Event.Opt2= CLEAR;
tsEventItem[aubCount].Event.Opt3= CLEAR;
tsEventItem[aubCount].Event.Opt4= CLEAR;
}
}

2.发送事件

int event_send(AppEvent_st *pEvt)
{

if(NULL != pEvt)
{
uhwEvtPri = (Type_uHWord)(pEvt->EvtCode >> 0x10);


if(uhwEvtPri != 0x00)
{
if(uhwEvtPri > 0x08)
{
uhwEvtPri = NORMAL_EVT_PRI;
}
aubEvent.EvtCode= pEvt->EvtCode;
aubEvent.Opt1 = pEvt->Opt1;
aubEvent.Opt2 = pEvt->Opt2;
aubEvent.Opt3 = pEvt->Opt3;
aubEvent.Opt4 = pEvt->Opt4;
aubEvent.EvtPri= uhwEvtPri;


ubRet = evt_mgr_set(&nstAppTaskEventQue,&aubEvent);
}
}

return ubRet;
}

3.事件入队，这个比较复杂，要考虑优先级问题

void event_set(SysEventQueue_ts *pEventQueue,SysEvent_st *pEvt)
{
if(NULL != pEventQueue && NULL != pEventQueue->EventItem)
{
q_in = pEventQueue->In;
q_insert = pEventQueue->Out;
pEvtItem = pEventQueue->EventItem;


if(pEventQueue->QueFullFlg == FALSE)
{
if(pEvtItem[q_in].Next == q_insert)
{
pEventQueue->QueFullFlg = TRUE;
}
if(pEvtItem[pEventQueue->Out].Event.EvtPri > pEvt->EvtPri)//move out position
{
pEventQueue->Out = pEvtItem[pEventQueue->Out].Prev;
pCurt = &(pEvtItem[pEventQueue->Out].Event);
BACKUP_EVENT_INFO(pCurt,pEvt);
}
else
{
while(q_in != q_insert)
{
q_insert = pEvtItem[q_insert].Next;
if (q_in == q_insert)
{
break;
}
else if (pEvtItem[q_insert].Event.EvtPri > pEvt->EvtPri || bChanged == TRUE)//insert to queue
{
pTemp = &TempEvt;
pCurt = &(pEvtItem[q_insert].Event);

BACKUP_EVENT_INFO(pTemp,pCurt);
BACKUP_EVENT_INFO(pCurt,pEvt);
BACKUP_EVENT_INFO(pEvt,pTemp);
bChanged = TRUE;
}
}
if(q_in == q_insert)//add to queue rear
{
pCurt = &(pEvtItem[q_insert].Event);

BACKUP_EVENT_INFO(pCurt,pEvt);
q_in = pEvtItem[q_insert].Next;//set next event add position
pEventQueue->In = q_in;
}
}
}
else
{
aubRet = QUE_OVER;
}
}

return aubRet;
}

三：任务状态机的设计

如上图，我们可以把任务状态简单的分为：sleep；active；wait；finished；error五种状态。最后一个是异常态。

对于任意一个任务，我们可以这样设计一个矩阵：任务当前态，触发事件，后续处理，改变后的状态。我们可以据此设计一个任务变更的结构体：

typedef void (*systemCtrlFunc) (void);
typedef struct
{
int CurtState;  //当前状态
int AcceptEvent; //触发事件
int NextState;//改变后的状态
systemCtrlFunc  Proc;//处理函数

} Proc_st;

四：系统主函数

系统主函数就比较简单了，一个无限循环，不断触发端口

while(1)
{
INIT_EVT(evt);
_wait_evt(&evt);


if(IS_VALID_EVT(evt))
{
//SYS_RUNTIME_OUTPUT("[Main] Receive Event: 0x%u \n",evt.EvtCode,0,0);
_evt_proc(&evt);
}


cycle_checkup();

FEED_WATCH_DOG;
}