/benefit在单片机上使用实时操作系统而不是while循环的原因

Question

我在做一个轮式机器人平台。我的团队正在用MCU实现一些算法

1. 继续读取传感器(声纳阵列，红外阵列，电机编码器，IMU)
2. 接收用户命令(通过连接到平板电脑的串行端口)
3. 控制执行机构(马达)执行用户命令。
4. 继续向平板电脑发送传感器读数，以获取更复杂的算法。

我们目前在全局时间循环中实现所有东西，而我知道大多数其他用例在实时操作系统中做同样的事情。

请告诉我使用实时操作系统而不是简单的时间循环的好处和原因。

谢谢。

Answer 1

RTOS将提供基于优先级的抢占。如果您的代码已停止解析串行命令并执行它，则在返回到您的beastly循环之前，它无法响应任何其他内容。RTOS将提供基于中断事件的即时上下文切换所需的抽象。否则，事件响应的最坏延迟将是主循环中可能最长的偏移时间，有时您确实需要长时间运行的进程。例如，更新LCD面板或响应USB设备枚举。先发制人允许你安全地做这些事情，因为你知道在CPU时钟运行的16位计时器不会在它完成之前滚动几次。对于简单的控制任务，一个循环就足够了，问题是当您进入USB设备枚举之类的东西时，它不再实用，需要完全重写。从一个像RTOS提供的抢占式框架开始，您就有了更多的未来灵活性。但肯定还有更多的前期工作，当然还有一个学习曲线。

Answer 2

“实时”操作系统确保您的任务周期。如果您希望每100毫秒精确读取传感器数据，那么简单的that循环并不能保证这一点。另一方面，实时操作系统可以很容易地解决这个问题。RTOS为您提供了可预测性。一个操作将在给定的时间执行，并且不会错过。

RTOS为您提供信号量/互斥量，以便您的内存不会损坏，或者多个源不会访问缓冲区。

RTOS提供消息队列，对于任务之间的通信非常有用。

是的，您可以在While循环中实现所有这些特性，但这就是优势所在！你把一切都准备好并进行测试。

Answer 3

如果while循环工作(即它满足系统的实时需求)，并且它是健壮的、可维护的和可扩展的，那么使用实时操作系统可能没有好处。

但是，如果您的while-循环不能满足实时需求，或者过于复杂或过度扩展(即，任何更改都需要进一步的调优和调整以恢复实时性能)，那么您应该考虑另一个体系结构。

RTOS体系结构是超越超级循环的一个流行的下一步。RTOS基本上是一个管理软件复杂性的工具。它允许您将一组复杂的软件需求划分为多个执行线程。当正确地完成时，每个单独的线程都有一组相对简单的需求，并且更容易实现。线程优先级可以使应用程序更容易地满足实时需求。这些基本上都是使用实时操作系统的好处。

然而，实时操作系统并不是万灵药。RTOS增加了整个系统的复杂性，并为您打开了新类型的bug(例如死锁)。有效地设计和实现一个基于RTOS的程序需要知识和经验。考虑一下替代方案，如多速率主回路任务或基于事件的状态机体系结构(如QP)。这些替代方案可能更简单、更容易理解，或者与您的软件设计方法更兼容。