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2024-RSOC
【2024-RSOC】DYA2多线程的学习和分享
发布于 2024-07-23 22:35:13 浏览:61
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[tocm] # *2024-RSOC 暑期夏令营*
DAY2 多线程的学习和分享
今天上午主要学习了RT_Thread作为实时系统的特性、多线程的概念,以及RT_Thread的启动流程。下午主要是多线程的应用、嵌入式开发流程以及github的使用。 ## RT—Thread实时操作系统 实时操作系统(Real-Time Operating System, RTOS)是一种为实时应用程序设计的操作系统。它的主要特性是能够在严格的时间约束下执行任务,保证任务在规定的时间内完成。 ### 实时操作系统的特点 1. **确定性**:RTOS 提供严格的时间保证,确保系统能够在特定的时间内完成任务。任务的执行时间是可预测的。 2. **优先级调度**:RTOS 通常采用优先级调度算法,根据任务的优先级来分配 CPU 时间。高优先级的任务在时间紧迫时可以抢占低优先级的任务。 3. **多任务处理**:RTOS 支持多个任务同时运行,能够有效管理任务之间的竞争和资源共享。 4. **低延迟**:RTOS 设计上尽量减少系统调用和中断处理的延迟,以确保任务能够快速响应外部事件。 5. **资源管理**:RTOS 提供有效的内存和资源管理,确保系统在实时性和稳定性之间找到平衡。 ### 实时操作系统的分类 1. **硬实时系统(Hard RTOS)**:对于这些系统,延迟和任务失效都有严格的限制,任务必须在规定时间内完成,否则可能会导致严重后果。例如,航空航天和医疗设备等领域。 2. **软实时系统(Soft RTOS)**:这些系统对任务的及时性要求较低,即使有些任务未能在规定时间内完成,系统依然可以继续正常运作。例如,视频流处理和音频处理等应用。 ### 常见的实时操作系统 一些常见的实时操作系统包括: - FreeRTOS - VxWorks - QNX - RTEMS - Micrium 这些 RTOS 被广泛应用于工业、汽车、医疗等多个领域,因为它们能够提供可靠的实时性能和响应能力。 ***RT-Thread*** 是一个开源的实时操作系统,专门为嵌入式设备和物联网(IoT)应用程序设计。与其他实时操作系统相比,RT-Thread 具有以下几个显著特点: ![RT-Thread启动流程](./RT-Thread启动流程.png) ### 1. **轻量级和模块化设计** RT-Thread 的内核非常轻量,占用的内存空间小,适合在资源受限的环境中运行。此外,它采用模块化设计,用户可以根据需求选择性地添加或删除组件,以精简系统资源的使用。 ### 2. **强大的开发工具** RT-Thread 提供了一套完善的开发工具,包括 RT-Thread Studio,这是一个集成开发环境(IDE),支持图形化界面,便于用户进行应用开发和调试。它还支持多种编程语言、版本控制和调试功能,提升了开发效率。 ### 3. **丰富的中间件支持** RT-Thread 提供了众多的中间件和附加库,支持多种通信协议(如 MQTT、CoAP)以及文件系统等功能。这些中间件可以帮助开发者快速构建复杂的应用程序,而无需从头开始实现所有功能。 ### 4. **灵活的调度机制** RT-Thread 支持多种调度策略,包括优先级调度、时间片轮转等,能够根据应用需求灵活调整任务管理策略。这种灵活性使得 RT-Thread 能够适应不同性能要求的应用。 ### 5. **易于入门和使用** RT-Thread 设计为易于学习,具有清晰的文档和较好的社区支持。新手开发者能够快速上手,并利用丰富的示例代码进行学习。 ### 6. **组件化的网络栈** RT-Thread 有一个可选的网络协议栈,支持 TCP/IP、HTTP 等协议,适合物联网应用。其组件化设计使得开发者能够根据需要选择合适的网络库,减少资源的浪费。 ### 7. **良好的社区支持** RT-Thread 拥有活跃的开发者社区,提供丰富的文档、示例、教程和技术支持。这使得开发者在遇到问题时能够更容易找到解决方案。 ### 8. **多架构支持** RT-Thread 支持多种硬件架构,包括 ARM Cortex-M、RISC-V、MIPS 等,且对不同平台的适配性强。这为开发者在不同硬件平台上部署应用提供了便利。 ### 总结 RT-Thread 作为一个嵌入式实时操作系统,其轻量级、模块化和灵活性使其在物联网和嵌入式应用中具有明显优势。它不仅具备实时性特性,还提供了丰富的开发支持和社区资源,适合从初学者到专业开发者在不同场景下使用。 ## 多线程管理 RT-Thread 实时操作系统具有强大的多线程管理功能,适用于紧凑且响应快速的嵌入式环境。其多线程管理系统设计得简单且高效,主要特点如下: ![线程状态转换](./线程之间状态转换.png) ### 1. **线程的创建和管理** RT-Thread 允许用户创建多个线程(tasks),每个线程都有自己的执行上下文,包括栈、寄存器等。线程可通过以下方式进行管理: - **创建和删除线程**:使用 API 函数可轻松创建和删除线程。 - **线程控制**:可以使用优先级、状态等来控制线程的行为。 ### 2. **优先级调度** RT-Thread 采用优先级调度机制,用户可以根据应用需求为每个线程分配不同的优先级。高优先级的线程会优先执行,在高负载情况下确保关键任务的实时性。支持的调度策略包括: - **抢占式调度**:当高优先级线程变为就绪状态时,低优先级线程会被抢占,确保高优先级线程能立即执行。 - **时间片轮转**:在相同优先级的线程之间,RT-Thread 支持使用时间片轮转的方式进行调度。 ### 3. **线程同步** 为了确保线程之间的安全交互,RT-Thread 提供了多种同步机制: - **信号量**:用于管理对共享资源的访问,防止竞争条件。 - **互斥锁**:确保同一时间只允许一个线程访问某个共享资源,防止数据冲突。 - **事件标志组**:用于多线程之间的事件通知和同步,可以设置和清除标志,以实现线程间的通信。 ### 4. **消息队列** RT-Thread 提供消息队列机制,线程可以通过消息队列进行异步通信。消息队列可以存储多个消息,允许一个线程发送消息而另一个线程接收消息,适用于需要线程间数据传递的场景。 ### 5. **延时和定时器** 线程可以通过延时 API 休眠一段时间,或者使用定时器进行周期性任务调度。这使得开发者能够方便地管理时间敏感的操作。 ### 6. **线程状态管理** RT-Thread 中的线程可以处于不同状态,包括就绪、运行、阻塞、挂起等。操作系统会根据当前系统负载和线程优先级动态调节线程状态,以优化 CPU 的使用效率。 ### 7. **堆栈管理** RT-Thread 为每个线程分配独立的堆栈,且用户可以自定义堆栈大小,以适应不同线程需求。堆栈溢出检测机制能提高系统的可靠性。 ### 线程示例: ```c * Copyright (c) 2023, RT-Thread Development Team * \* SPDX-License-Identifier: Apache-2.0 * \* Change Logs: \* Date Author Notes \* 2023-07-06 Supperthomas first version \* 2023-12-03 Meco Man support nano version */\#include
\#include
\#include
\#ifndef RT_USING_NANO \#include
\#include
\#endif /* RT_USING_NANO */ rt_thread_t th1,th2 = RT_NULL; void th1_entry(void){ while (1) { rt_kprintf("th1 is running...\n"); rt_thread_mdelay(500); } } void th2_entry(void){ while (1) { rt_kprintf("th2 is running...\n"); rt_thread_mdelay(500); } } int main(void) { th1 = rt_thread_create("th1", th1_entry, RT_NULL, 1024, 20, 5); if(th1 == RT_NULL){ LOG_E("thread th1 create failed...\n"); } else{ rt_thread_startup(th1); LOG_D("thread th1 create success!\n"); } th2 = rt_thread_create("th2", th2_entry, RT_NULL, 1024, 21, 5); if(th2 == RT_NULL){ LOG_E("thread th2 create failed...\n"); } else{ rt_thread_startup(th2); LOG_D("thread th2 create success!\n"); } } ``` ### 运行结果 ![运行结果](./线程示例运行截图.png)
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wcaonmrt
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