vesperW · 2024年12月09日

跑 RTOS 对 MCU 有什么要求?

有小伙伴大概问了这样的问题:跑 RTOS 系统,对 MCU 有什么要求?

这是一个很宽泛的问题,目前市面上的 RTOS 大大小小有上百种,你要说对 MCU最低要求的话,我觉得要求很低,目前市面上的 MCU 都能跑 RTOS。

但是......

RTOS 对 MCU 的要求越低,其实现的功能也越简单,对应的一些功能也会受到限制。

这里,对 MCU 的要求,通常主要指:MCU 性能(主频)和 RAM、Flash 资源大小。其他像外设、功耗、引脚数等这些都是次要的。

8 位 MCU 也能跑 RTOS

四十年前的 8051 也能跑 RTOS,但 8051 的性能和 RAM 资源,你看看有多少?这种在 8051 上跑的 RTOS,实现的功能很少,且跑了 RTOS 之后,应用代码(或者说任务数)就会受到限制。

现在的 8 位 MCU 大部分的性能和资源相对都很高了,跑一些常规的 RTOS 问题不大。

在 8 位单片机上跑的 RTOS 其实有很多,感兴趣的可以网上找找,这里分享一下之前的内容:8 位单片机轻松跑 RTOS 操作系统

RTOS 支持裁剪

什么是系统裁剪?

系统裁剪简单来说就是,把用到的系统组件留下,不用的裁掉(换句话说,需要什么系统资源才配置,不需要的就“屏蔽”),以此来节省了 MCU 资源。

大部分嵌入式系统都支持裁剪,包括 Linux 也是一样的。市面上大部分的 RTOS 都有一个“裁剪文件”,通常是 xxOS + Config (系统配置)的文件。

比如:

  • FreeRTOS 的 FreeRTOSConfig.h 文件
  • ucos 的  os_cfg.h 文件
  • ......

而里面的配置,通常是宏定义开关,比如  os_cfg.h  文件

#ifndef OS_CFG_H
#define OS_CFG_H

                                                                /* --------------------------- MISCELLANEOUS --------------------------- */
#define OS_CFG_APP_HOOKS_EN                        1u           /* Enable (1) or Disable (0) application specific hooks                  */
#define OS_CFG_ARG_CHK_EN                          1u           /* Enable (1) or Disable (0) argument checking                           */
#define OS_CFG_CALLED_FROM_ISR_CHK_EN              1u           /* Enable (1) or Disable (0) check for called from ISR                   */
#define OS_CFG_DBG_EN                              0u           /* Enable (1) or Disable (0) debug code/variables                        */
#define OS_CFG_TICK_EN                             1u           /* Enable (1) or Disable (0) the kernel tick                             */
#define OS_CFG_DYN_TICK_EN                         0u           /* Enable (1) or Disable (0) the Dynamic Tick                            */
#define OS_CFG_INVALID_OS_CALLS_CHK_EN             1u           /* Enable (1) or Disable (0) checks for invalid kernel calls             */
#define OS_CFG_OBJ_TYPE_CHK_EN                     1u           /* Enable (1) or Disable (0) object type checking                        */
#define OS_CFG_OBJ_CREATED_CHK_EN                  1u           /* Enable (1) or Disable (0) object created checks                       */
#define OS_CFG_TS_EN                               0u           /* Enable (1) or Disable (0) time stamping                               */

#define OS_CFG_PRIO_MAX                           64u           /* Defines the maximum number of task priorities (see OS_PRIO data type) */

#define OS_CFG_SCHED_LOCK_TIME_MEAS_EN             0u           /* Include code to measure scheduler lock time                           */
#define OS_CFG_SCHED_ROUND_ROBIN_EN                1u           /* Include code for Round-Robin scheduling                               */

#define OS_CFG_STK_SIZE_MIN                       64u           /* Minimum allowable task stack size                                     */


                                                                /* --------------------------- EVENT FLAGS ----------------------------- */
#define OS_CFG_FLAG_EN                             1u           /* Enable (1) or Disable (0) code generation for EVENT FLAGS             */
#define OS_CFG_FLAG_DEL_EN                         1u           /*     Include code for OSFlagDel()                                      */
#define OS_CFG_FLAG_MODE_CLR_EN                    1u           /*     Include code for Wait on Clear EVENT FLAGS                        */
#define OS_CFG_FLAG_PEND_ABORT_EN                  1u           /*     Include code for OSFlagPendAbort()                                */


                                                                /* ------------------------ MEMORY MANAGEMENT -------------------------  */
#define OS_CFG_MEM_EN                              1u           /* Enable (1) or Disable (0) code generation for the MEMORY MANAGER      */


                                                                /* ------------------- MUTUAL EXCLUSION SEMAPHORES --------------------  */
#define OS_CFG_MUTEX_EN                            1u           /* Enable (1) or Disable (0) code generation for MUTEX                   */
#define OS_CFG_MUTEX_DEL_EN                        1u           /*     Include code for OSMutexDel()                                     */
#define OS_CFG_MUTEX_PEND_ABORT_EN                 1u           /*     Include code for OSMutexPendAbort()                               */


                                                                /* -------------------------- MESSAGE QUEUES --------------------------  */
#define OS_CFG_Q_EN                                1u           /* Enable (1) or Disable (0) code generation for QUEUES                  */
#define OS_CFG_Q_DEL_EN                            1u           /*     Include code for OSQDel()                                         */
#define OS_CFG_Q_FLUSH_EN                          1u           /*     Include code for OSQFlush()                                       */
#define OS_CFG_Q_PEND_ABORT_EN                     1u           /*     Include code for OSQPendAbort()                                   */


                                                                /* ---------------------------- SEMAPHORES ----------------------------- */
#define OS_CFG_SEM_EN                              1u           /* Enable (1) or Disable (0) code generation for SEMAPHORES              */
#define OS_CFG_SEM_DEL_EN                          1u           /*     Include code for OSSemDel()                                       */
#define OS_CFG_SEM_PEND_ABORT_EN                   1u           /*     Include code for OSSemPendAbort()                                 */
#define OS_CFG_SEM_SET_EN                          1u           /*     Include code for OSSemSet()                                       */


                                                                /* -------------------------- TASK MANAGEMENT -------------------------- */
#define OS_CFG_STAT_TASK_EN                        1u           /* Enable (1) or Disable (0) the statistics task                         */
#define OS_CFG_STAT_TASK_STK_CHK_EN                1u           /*     Check task stacks from the statistic task                         */

#define OS_CFG_TASK_CHANGE_PRIO_EN                 1u           /* Include code for OSTaskChangePrio()                                   */
#define OS_CFG_TASK_DEL_EN                         1u           /* Include code for OSTaskDel()                                          */
#define OS_CFG_TASK_IDLE_EN                        1u           /* Include the idle task                                                 */
#define OS_CFG_TASK_PROFILE_EN                     1u           /* Include variables in OS_TCB for profiling                             */
#define OS_CFG_TASK_Q_EN                           1u           /* Include code for OSTaskQXXXX()                                        */
#define OS_CFG_TASK_Q_PEND_ABORT_EN                1u           /* Include code for OSTaskQPendAbort()                                   */
#define OS_CFG_TASK_REG_TBL_SIZE                   1u           /* Number of task specific registers                                     */

#define OS_CFG_TASK_STK_REDZONE_EN                 0u           /* Enable (1) or Disable (0) stack redzone                               */
#define OS_CFG_TASK_STK_REDZONE_DEPTH              8u           /* Depth of the stack redzone                                            */

#define OS_CFG_TASK_SEM_PEND_ABORT_EN              1u           /* Include code for OSTaskSemPendAbort()                                 */
#define OS_CFG_TASK_SUSPEND_EN                     1u           /* Include code for OSTaskSuspend() and OSTaskResume()                   */


                                                                /* ------------------ TASK LOCAL STORAGE MANAGEMENT -------------------  */
#define OS_CFG_TLS_TBL_SIZE                        0u           /* Include code for Task Local Storage (TLS) registers                   */


                                                                /* ------------------------- TIME MANAGEMENT --------------------------  */
#define OS_CFG_TIME_DLY_HMSM_EN                    1u           /* Include code for OSTimeDlyHMSM()                                      */
#define OS_CFG_TIME_DLY_RESUME_EN                  1u           /* Include code for OSTimeDlyResume()                                    */


                                                                /* ------------------------- TIMER MANAGEMENT -------------------------- */
#define OS_CFG_TMR_EN                              1u           /* Enable (1) or Disable (0) code generation for TIMERS                  */
#define OS_CFG_TMR_DEL_EN                          1u           /* Enable (1) or Disable (0) code generation for OSTmrDel()              */


                                                                /* ------------------------- TRACE RECORDER ---------------------------- */
#define OS_CFG_TRACE_EN                            0u           /* Enable (1) or Disable (0) uC/OS-III Trace instrumentation             */
#define OS_CFG_TRACE_API_ENTER_EN                  0u           /* Enable (1) or Disable (0) uC/OS-III Trace API enter instrumentation   */
#define OS_CFG_TRACE_API_EXIT_EN                   0u           /* Enable (1) or Disable (0) uC/OS-III Trace API exit  instrumentation   */

#endif

所以,通过系统裁剪,RTOS 可以支持很少资源的 MCU。

其实,很多 RTOS 在宣传页面都会有类似的宣传:系统最小可以支持1K RAM、8K ROM的 MCU 等。

其实不止 RTOS 这类系统可以裁剪,很多嵌入式的模块都支持裁剪,比如 GUI、协议栈等。

image.png

跑 RTOS 对 MCU 有什么要求?

回头来看,你觉得跑 RTOS 对 MCU 有什么要求?

绝大部分 RTOS 都支持裁剪,MCU 性能和资源不充足的情况下,可以裁剪只保留主要的功能。

性能和资源丰富的 MCU,可以运行 RTOS 自带的各种组件,也就是实现的功能更丰富。

当然,不同 RTOS 的内核源码不同,裁剪的力度也不同,最低能支持多少,还要看 RTOS 本身的情况。

但是,就单纯的说跑 RTOS,对 MCU 的要求,可以说很低很低。

最后,你跑过 RTOS,最低的 MCU 的资源是多少?欢迎大家留言讨论。

END

作者:strongerHuang
来源:strongerHuang

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