什么是实时操作系统(RTOS)
什么是实时操作系统（RTOS）
实时操作系统（RTOS）是一种专为实时应用程序设计的操作系统。实时应用程序需要在特定时间内做出预测的响应，因此 RTOS 专注于提供对时间约束的强调，以确保系统能够满足实时性能要求。
1. 实时性能：
- 硬实时和软实时： RTOS 可以根据实时性能的要求分为硬实时和软实时。硬实时系统对任务的响应时间有极严格的要求，任何未能在规定时间内完成的任务都会被认为是失败。软实时系统也有时间要求，但相对灵活，任务未能在规定时间内完成并不会导致系统失败。
2. 任务调度：
- 实时调度算法： RTOS 使用实时调度算法来确定哪个任务将在处理器上运行。这些算法考虑任务的优先级、截止期限和其他实时要求。
- 时间片轮转： 在一些情况下，RTOS 可能使用时间片轮转调度，确保每个任务都有机会运行，以防止某个任务长时间独占处理器。
3. 任务管理：
4. 内存管理：
- 动态内存分配： 一些 RTOS 支持动态内存分配，允许在运行时分配和释放内存。
- 静态内存分配： 为了提高可预测性，一些 RTOS 可能支持静态内存分配，即在编译时为任务分配内存。
5. 中断处理：
- 中断服务例程（ISR）： RTOS 允许开发人员编写中断服务例程，以处理硬件中断事件。
- 中断优先级： 中断服务例程可以具有不同的优先级，RTOS 确保高优先级的中断可以中断低优先级的中断或任务。
6. 实时时钟和定时器：
- 实时时钟： 提供对实时时钟的支持，以便任务能够基于实际时间进行调度和同步。
- 定时器： 允许设置和管理定时器，以在指定时间触发任务或事件。
7. 错误处理：
- 错误检测与处理： RTOS 通常提供错误检测和处理机制，以确保系统在出现错误时能够采取适当的措施。
8. RTOS 应用领域：
9. 示例 RTOS：
10. RTOS 与通用操作系统的区别：
- 实时性能： RTOS 关注实时性能，而通用操作系统通常更注重吞吐量和响应时间。
- 内核大小： RTOS 通常具有更小、更精简的内核，以确保快速启动和响应。
- 任务调度： RTOS 使用实时调度算法，以确保任务在规定时间内完成。
实时操作系统在对实时性能有严格要求的应用中发挥着关键作用。通过提供对任务调度、同步、通信和实时时钟的支持，RTOS 使得开发者能够设计和实现对时间要求极高的系统。在嵌入式系统和实时控制领域，RTOS 成为了不可或缺的工具。
FreeRTOS
FreeRTOS 是一个开源的实时操作系统，广泛用于嵌入式系统。FreeRTOS 提供了对任务调度、同步、通信和实时时钟的支持，使得开发者能够设计和实现对时间要求极高的系统。FreeRTOS 通过 MIT 开源许可免费分发，包括一个内核和一组不断丰富的 IoT 库，适用于所有行业领域。FreeRTOS 的构建突出可靠性和易用性。
FreeRTOS 的开发活动已从 SVN 迁移到 GitHub，现在可以直接在 FreeRTOS 的 Github页面上找到。从 GitHub 下载 FreeRTOS 早期版本 的标准 zip (.zip) 文件或自解压 zip 文件 (.exe) 。解压缩 源代码，同时确保不改动文件夹结构。
FreeRTOS 官方下载页有两个版本的下载包，一个是最新版，一个是长期支持（LTS）版。最新版下载包包含最新 FreeRTOS 内核 、 FreeRTOS-Plus 库 和 AWS IoT 库，以及示例项目。长期支持版下载包则包含 FreeRTOS LTS 库，其中包括 FreeRTOS 内核和 IoT 库，但没有示例项目。可以根据自己需要选择下载。
因为手上正好有 ESP32-C3 小飞控板，所以接下来的 playground 就以这个小板子为例了。而 ESP-IDF 中已经集成了 FreeRTOS，所以我们可以直接使用 ESP-IDF 来开发 FreeRTOS 应用。
Hello World
配置好 ESP-IDF 开发环境后，按照以下步骤配置实现本示例项目：
步骤 1: 安装 ESP-IDF
确保你已经安装了 ESP-IDF。你可以按照 Espressif 的官方文档 ESP-IDF 安装指南进行安装。
步骤 2: 创建新项目
- 打开终端或命令提示符窗口，切换到你希望创建项目的目录。
- 运行以下命令来创建一个新的 ESP-IDF 项目：
idf.py create-project hello_world
这将创建一个包含默认项目结构的新目录。
步骤 3: 进入项目目录
cd < project-name >
步骤 4: 配置项目
- 运行以下命令配置项目：
idf.py menuconfig
这将打开一个菜单配置界面，你可以在其中配置项目的各种选项，包括串口设置、Wi-Fi 配置、组件选项等。配置完成后，保存并退出。
- (可选) 如果你想使用 VSCode 或其他 IDE 进行开发，可以运行以下命令生成 IDE 项目文件：
idf.py vscode
这将生成与 Visual Studio Code 兼容的配置文件。
步骤 5: 编译和烧录
在main目录下找到hello_world_main.c文件，写入以下内容：
#include < stdio.h >
#include < inttypes.h >
#include "sdkconfig.h"
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "esp_chip_info.h"
#include "esp_flash.h"
void app_main(void)
{
printf("Hello world!n");
/* Print chip information */
esp_chip_info_t chip_info;
uint32_t flash_size;
esp_chip_info(&chip_info);
printf("This is %s chip with %d CPU core(s), %s%s%s%s, ",
CONFIG_IDF_TARGET,
chip_info.cores,
(chip_info.features & CHIP_FEATURE_WIFI_BGN) ? "WiFi/" : "",
(chip_info.features & CHIP_FEATURE_BT) ? "BT" : "",
(chip_info.features & CHIP_FEATURE_BLE) ? "BLE" : "",
(chip_info.features & CHIP_FEATURE_IEEE802154) ? ", 802.15.4 (Zigbee/Thread)" : "");
unsigned major_rev = chip_info.revision / 100;
unsigned minor_rev = chip_info.revision % 100;
printf("silicon revision v%d.%d, ", major_rev, minor_rev);
if(esp_flash_get_size(NULL, &flash_size) != ESP_OK) {
printf("Get flash size failed");
return;
}
printf("%" PRIu32 "MB %s flashn", flash_size / (uint32_t)(1024 * 1024),
(chip_info.features & CHIP_FEATURE_EMB_FLASH) ? "embedded" : "external");
printf("Minimum free heap size: %" PRIu32 " bytesn", esp_get_minimum_free_heap_size());
for (int i = 10; i >= 0; i--) {
printf("Restarting in %d seconds...n", i);
vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
}
printf("Restarting now.n");
fflush(stdout);
esp_restart();
}
这段代码将输出"Hello World！"，并打印一些芯片基本信息。
- 使用以下命令编译项目：
idf.py build
- 使用以下命令烧录固件到 ESP32：
idf.py -p < PORT > flash
其中 ls /dev/tty*（在 Linux/macOS）或 mode 命令（在 Windows）来查找端口。
步骤 6: 监视串口输出
- 使用以下命令启动监视串口输出：
idf.py -p < PORT > monitor
这将打开一个窗口，显示 ESP32 的串口输出。你可以看到程序的调试信息和日志。
- 如果你修改了代码并重新编译，可以使用以下命令重新烧录并启动监视：
idf.py -p < PORT > flash monitor
运行成功的话，应该会在控制台输出类似以下内容：
Hello world!
This is esp32c3 chip with 1 CPU core(s), WiFi/BLE, silicon revision v0.4, 2MB external flash
Minimum free heap size: 330392 bytes
Restarting in 10 seconds...
Restarting in 9 seconds...
Restarting in 8 seconds...
Restarting in 7 seconds...
Restarting in 6 seconds...
Restarting in 5 seconds...
Restarting in 4 seconds...
Restarting in 3 seconds...
Restarting in 2 seconds...
Restarting in 1 seconds...
Restarting in 0 seconds...
Restarting now.
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