内核是一个操作系统的核心,是操作系统最基础也是最重要的部分。它负责管理系统的线程、线程间通信、系统时钟、中断及内存等。下图为 RT-Thread 内核架构图,可以看到内核处于硬件层之上,内核部分包括内核库、实时内核实现。
内核库是为了保证内核能够独立运行的一套小型的类似 C 库的函数实现子集。这部分根据编译器的不同自带 C 库的情况也会有些不同,当使用 GNU GCC 编译器时,会携带更多的标准 C 库实现。
实时内核的实现包括:对象管理、线程管理及调度器、线程间通信管理、时钟管理及内存管理等等,内核最小的资源占用情况是 3KB ROM,1.2KB RAM。
线程调度
线程是 RT-Thread 操作系统中最小的调度单位,线程调度算法是基于优先级的全抢占式多线程调度算法,即在系统中除了中断处理函数、调度器上锁部分的代码和禁止中断的代码是不可抢占的之外,系统的其他部分都是可以抢占的,包括线程调度器自身。支持 256 个线程优先级(也可通过配置文件更改为最大支持 32 个或 8 个线程优先级,针对 STM32 默认配置是 32 个线程优先级),0 优先级代表最高优先级,最低优先级留给空闲线程使用;同时它也支持创建多个具有相同优先级的线程,相同优先级的线程间采用时间片的轮转调度算法进行调度,使每个线程运行相应时间;另外调度器在寻找那些处于就绪状态的具有最高优先级的线程时,所经历的时间是恒定的,系统也不限制线程数量的多少,线程数目只和硬件平台的具体内存相关。
启动流程
RT-Thread 系统的初始化在 main() 函数之前,这意味着您不需要操心 RT-Thread 的初始化操作,可以专心编写应用程序。
RT-Thread 还提供了自动初始化机制,初始化函数只需要在函数定义处通过宏定义的方式进行声明,就会在系统启动过程中自动执行,不需要在应用代码中显示调用,相当优雅。
针对不同层级,RT-Thread 提供了不同的宏接口:
初始化顺序 | 宏接口 | 描述 |
1 | INIT_BOARD_EXPORT(fn) | 非常早期的初始化,此时调度器还未启动 |
2 | INIT_PREV_EXPORT(fn) | 主要是用于纯软件的初始化、没有太多依赖的函数 |
3 | INIT_DEVICE_EXPORT(fn) | 外设驱动初始化相关,比如网卡设备 |
4 | INIT_COMPONENT_EXPORT(fn) | 组件初始化,比如文件系统或者 LWIP |
5 | INIT_ENV_EXPORT(fn) | 系统环境初始化,比如挂载文件系统 |
6 | INIT_APP_EXPORT(fn) | 应用初始化,比如 GUI 应用 |
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。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。