文章目录

• 前置说明
• RTThread框架
• 线程管理及调度器
• 线程间通信管理
• 时钟管理
• 内存分布
• 内存管理
• • 动态内存堆管理
  • 静态内存池管理
• RTT启动过程
• 自动初始化机制
• 内核对象管理架构
• 内核配置&剪裁

前置说明

一般单片机一般只有一个核心，做多线程实际上是 分时复用 CPU，是并发的。线程通常是指操作系统上的概念，而本文介绍的实时操作系统 RTThread 的线程个人感觉应该称之为 任务 更合理，但为了和官方说法一致，以下仍叫线程。

主要参考： RTThread 内核基础

RTThread框架

与其他 RTOS 不同，RTThread 不仅仅是一个实时内核，它在努力构造一套开发生态。

其完整版框架如下：

当然这里我们仅学习 RTThread 内核 部分，同时本文大部分内容点到浅尝辄止，主要是对RTThread 有一个大体的印象。

线程管理及调度器

RTT 的本质是 基于优先级的全抢占式多线程调度系统，在该实时系统中，线程是最小的调度单位。

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。

注意：RT-Thread 中，实际上线程并不存在运行状态，就绪状态和运行状态是等同的。

RTT 最多支持 256 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 时间片轮转调度算法 进行调度，使每个线程运行相应时间。

线程间通信管理

• 线程同步
  RT-Thread 采用 信号量、互斥量 与 事件集 实现线程间同步。线程通过对信号量、互斥量的获取与释放进行同步。
• 线程通讯
  RT-Thread 支持 邮箱 和 消息队列 等通信机制。邮箱和消息队列的发送动作可安全用于中断服务例程中。通信机制支持线程按优先级等待或按先进先出方式获取。

时钟管理

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，时钟节拍率越快，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 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：

• 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。
• 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。

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。

内存分布

首先看一下 RT-Thread Studio 中 编译完生成的 elf 文件：

• text
  代码段，用来存放 代码 及一些 只读常量，一般是只读的区域。

• data
  数据段，用来存放全局初始化变量，以及全局或局部 静态变量。

• bss
  BSS 段，用来存放所有 未初始化的数据，用 0 来初始化。

• dec
  是 decimal 即十进制的缩写，是 text，data 和 bss 的算术和。

• hex
  是 hexadecimal 即十六进制的缩写。

• filename
  编译生成的目标文件名，本例中即为：rtthread.elf 。

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。

• FLASH（烧录程序所占的Flash大小） = text + data

• RAM （运行时占用的RAM大小） = data + bss

内存管理

动态内存堆管理

动态内存堆是根据我们开发需求分配任意大小的内存块。既然是堆，那么就要我们自己申请及释放。当不需要再使用这些内存块时，需要释放回堆中供其他应用分配使用，否则会造成 内存泄漏。

RTT为我们提供了三种动态内存堆的调度算法：

• 小内存管理算法
• slab算法
• memheap 管理算法

静态内存池管理

内存堆管理器非常灵活和方便，但是会产生以下两个问题：

• 分配效率不高，在每次分配时，都要空闲内存块查找。
• 容易产生内存碎片。

为了提高内存分配的效率，并且避免内存碎片，RT-Thread 提供了另外一种内存管理方法：内存池（Memory Pool）。

注意：内存池是 静态变量，其存放位置为 data 段。

当静态内存池具有可用内存时，系统对内存块分配的时间将是恒定的。

当静态内存池为空时，系统将申请内存块的线程挂起或阻塞掉 (即线程等待一段时间后仍未获得内存块就放弃申请并返回，或者立刻返回。

等待的时间取决于申请内存块时设置的等待时间参数)，当其他线程释放内存块到内存池时，如果有挂起的待分配内存块的线程存在的话，则系统会将这个线程唤醒。

ps：内存池的线程挂起功能非常适合需要通过内存资源进行同步的场景。

RTT启动过程

自动初始化机制

在函数定义处通过宏定义的方式进行申明，就会在系统启动过程中被执行。

使用该方法，main() 函数会非常简洁。

内核对象管理架构

RT-Thread 采用内核对象管理系统来访问 / 管理所有内核对象，内核对象包含了内核中绝大部分设施，这些内核对象可以是静态分配的静态对象，也可以是从系统内存堆中分配的动态对象。

通过这种内核对象的设计方式，RT-Thread 做到了不依赖于具体的内存分配方式，系统的灵活性得到极大的提高。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。

推荐：rt-thread的内核对象管理系统分析

内核配置&剪裁

RT-Thread 的一个重要特性是高度可裁剪性，支持对内核进行精细调整，对组件进行灵活拆卸。

配置主要是通过修改工程目录下的 rtconfig.h 文件来进行，用户可以通过打开 / 关闭该文件中的 宏定义 来对代码进行条件编译，最终达到系统配置和裁剪的目的。

另外，env – menuconfig 是个好东西。

注意：在实际应用中，系统配置文件 rtconfig.h 是由配置工具自动生成的，无需手动更改。