实验 | RT-Thread：L0

1 理解

官网文档：RT-Thread 简介

在 RT-Thread 系统中，任务通过线程实现的，RT-Thread 中的线程调度器也就是以上提到的任务调度器。
RT-Thread与FreeRTOS是同等地位的东西，都是属于RTOS
项目设置：RT-Thread 4.0.2 基于开发板

2 时钟管理

RT-Thread 的时钟管理以时钟节拍为基础，时钟节拍是 RT-Thread 操作系统中最小的时钟单位。RT-Thread 的定时器提供两类定时器机制：

第一类是单次触发定时器，这类定时器在启动后只会触发一次定时器事件，然后定时器自动停止。

疑问：这一类定时器是干什么作用的？

第二类是周期触发定时器，这类定时器会周期性的触发定时器事件，直到用户手动的停止定时器否则将永远持续执行下去。

另外，根据超时函数执行时所处的上下文环境，RT-Thread 的定时器可以设置为 HARD_TIMER 模式或者 SOFT_TIMER 模式。

通常使用定时器定时回调函数（即超时函数），完成定时服务。用户根据自己对定时处理的实时性要求选择合适类型的定时器。

2.1 时钟节拍

任何操作系统都需要提供一个时钟节拍，以供系统处理所有和时间有关的事件，如线程的延时、线程的时间片轮转调度以及定时器超时等。时钟节拍是特定的周期性中断，这个中断可以看做是系统心跳，中断之间的时间间隔取决于不同的应用，一般是 1ms–100ms，时钟节拍率越快，系统的实时响应越快，但是系统的额外开销就越大，从系统启动开始计数的时钟节拍数称为系统时间。

RT-Thread 中，时钟节拍的长度可以根据 RT_TICK_PER_SECOND 的定义来调整，等于 1/RT_TICK_PER_SECOND 秒。

2.2 定时器管理

定时器有硬件定时器和软件定时器之分：

1）硬件定时器是芯片本身提供的定时功能。一般是由外部晶振提供给芯片输入时钟，芯片向软件模块提供一组配置寄存器，接受控制输入，到达设定时间值后芯片中断控制器产生时钟中断。硬件定时器的精度一般很高，可以达到纳秒级别，并且是中断触发方式。

2）软件定时器是由操作系统提供的一类系统接口，它构建在硬件定时器基础之上，使系统能够提供不受数目限制的定时器服务。

RT-Thread 操作系统提供软件实现的定时器，以时钟节拍（OS Tick）的时间长度为单位，即定时数值必须是 OS Tick 的整数倍，例如一个 OS Tick 是 10ms，那么上层软件定时器只能是 10ms，20ms，100ms 等，而不能定时为 15ms。RT-Thread 的定时器也基于系统的节拍，提供了基于节拍整数倍的定时能力。

2.3 RT-Thread的定时器

RT-Thread 的定时器可以分为 HARD_TIMER 模式与 SOFT_TIMER 模式：

SOFT_TIMER 模式可配置，通过宏定义 RT_USING_TIMER_SOFT 来决定是否启用该模式。该模式被启用后，系统会在初始化时创建一个 timer 线程，然后 SOFT_TIMER 模式的定时器超时函数在都会在 timer 线程的上下文环境中执行。（理解：上图的线程环境就是指这个线程）可以在初始化 / 创建定时器时使用参数 RT_TIMER_FLAG_SOFT_TIMER 来指定设置 SOFT_TIMER 模式。

疑问：RT-Thread中的全局变量rt_tick值溢出怎么办？

2.4 周期定时器与单词定时器

/* 定时器 1 超时函数 */
static void timeout1(void *parameter)
{rt_kprintf("periodic timer is timeout %d\n", cnt);/* 运行第 10 次，停止周期定时器 */if (cnt++>= 9){rt_timer_stop(timer1);rt_kprintf("periodic timer was stopped! \n");}
}/* 定时器 2 超时函数 */
static void timeout2(void *parameter)
{rt_kprintf("one shot timer is timeout\n");
}

区别：RT-Thread周期定时器通过用户手动停止rt_timer_stop(timer1);

3 RT-Thread 程序内存分布

一般 MCU 包含的存储空间有：片内 Flash 与片内 RAM，RAM 相当于内存，Flash 相当于硬盘。编译器会将一个程序分类为好几个部分，分别存储在 MCU 不同的存储区。

4 RT-Thread启动流程

5 RT-Thread程序内存分布

5.1 区分RO，RW，ZI段

RO 段	RW 段	ZI 段
常量形式的全局变量则放置在 RO 段中，是只读属性的	存放的是具有初始值的全局变量	ZI 段存放的系统未初始化的全局变量

6 线程

6.1 什么是线程上下文

当线程运行时，它会认为自己是以独占 CPU 的方式在运行，线程执行时的运行环境称为上下文，具体来说就是各个变量和数据，包括所有的寄存器变量、堆栈、内存信息等。

6.2 静态线程对象和动态线程对象的区别

静态线程对象的内存空间，包括线程控制块 thread1 与栈空间 thread1_stack 都是编译时决定的，存放在RW段或者ZI段中，通过定义全局变量来实现。静态对象会占用 RAM 空间，不依赖于内存堆管理器，内存分配时间确定

/* 线程 1 的对象和运行时用到的栈 */ 
static struct rt_thread thread1; 
static rt_uint8_t thread1_stack[512];

动态线程对象通过一个创建函数来实现，依赖于内存堆管理器，运行时申请 RAM 空间，当对象被删除后，占用的 RAM 空间被释放

/* 创建线程 2 */ /* 线程的入口是 thread2_entry, 参数是 RT_NULL * 栈空间是 512，优先级是 250，时间片是 25 个 OS Tick */ 
thread2_ptr = rt_thread_create("thread2", thread2_entry, RT_NULL, 512, 250, 25);

动态线程是系统自动从动态内存堆上分配栈空间与线程句柄（初始化 heap 之后才能使用 create 创建动态线程），静态线程是由用户分配栈空间与线程句柄。

6.3 线程工作机制

线程控制块
由结构体 struct rt_thread 表示

6.4 线程错误码

#define RT_EOK           0 /* 无错误     */
#define RT_ERROR         1 /* 普通错误     */
#define RT_ETIMEOUT      2 /* 超时错误     */
#define RT_EFULL         3 /* 资源已满     */
#define RT_EEMPTY        4 /* 无资源     */
#define RT_ENOMEM        5 /* 无内存     */
#define RT_ENOSYS        6 /* 系统不支持     */
#define RT_EBUSY         7 /* 系统忙     */
#define RT_EIO           8 /* IO 错误       */
#define RT_EINTR         9 /* 中断系统调用   */
#define RT_EINVAL       10 /* 非法参数      */

6.5 线程状态切换的一些函数代码

线程通过调用函数 rt_thread_create/init() 进入到初始状态（RT_THREAD_INIT）；初始状态的线程通过调用函数 rt_thread_startup() 进入到就绪状态（RT_THREAD_READY）；就绪状态的线程被调度器调度后进入运行状态（RT_THREAD_RUNNING）；当处于运行状态的线程调用 rt_thread_delay()，rt_sem_take()，rt_mutex_take()，rt_mb_recv() 等函数或者获取不到资源时，将进入到挂起状态（RT_THREAD_SUSPEND）；处于挂起状态的线程，如果等待超时依然未能获得资源或由于其他线程释放了资源，那么它将返回到就绪状态。挂起状态的线程，如果调用 rt_thread_delete/detach() 函数，将更改为关闭状态（RT_THREAD_CLOSE）；而运行状态的线程，如果运行结束，就会在线程的最后部分执行 rt_thread_exit() 函数，将状态更改为关闭状态。

6.6 线程在实时操作系统中的注意点

线程中不能陷入死循环操作，必须要有让出 CPU 使用权的动作，如循环中调用延时函数或者主动挂起。

7 内核对象管理架构

RT-Thread 内核对象包括：线程，信号量，互斥量，事件，邮箱，消息队列和定时器，内存池，设备驱动等。对象容器中包含了每类内核对象的信息，包括对象类型，大小等。对象容器给每类内核对象分配了一个链表，所有的内核对象都被链接到该链表上，RT-Thread 的内核对象容器及链表如下图所示：

7.1 RT-Thread 中各类内核对象的派生和继承关系

ipc术语理解： IPC 对象（IPC：Inter-Process Communication，进程间通信

7.2 内核对象容器的数据结构

struct rt_object_information
{/* 对象类型 */enum rt_object_class_type type;/* 对象链表 */rt_list_t object_list;/* 对象大小 */rt_size_t object_size;
};

一类对象由一个 rt_object_information 结构体来管理，每一个这类对象的具体实例都通过链表的形式挂接在 object_list 上。而这一类对象的内存块尺寸由 object_size 标识出来（每一类对象的具体实例，他们占有的内存块大小都是相同的）。

7.3 静态对象和动态对象

在 RT-Thread 操作系统中，一个系统对象也就是一个静态对象，对象类型标识上 RT_Object_Class_Static 位置位。通常使用 rt_object_init() 方式初始化的对象都是系统对象。