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开源RTOS在STM32单片机中的应用
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超级循环式的软件架构，最坏的情况下，任务响应时
间将取决于整个循环的执行时间，以及中断程序处理时
间。因为循环的执行时间不是常数，程序经过某一特定部
分的准确时间也是不确定的，进而，如果程序修改了，循
环的时序也会受影响。存在关键任务的程序里面，这种情
况是不允许的。相应地，实时操作系统（RTOS）的主要功
能就是，必须保证按照任务的优先级，在可预知的时间内
做出响应，尤其是对于生命攸关的应用，例如航天、航空、
医疗等场合。
市场上有多种 RTOS，例如 μC/OS- II、CMX、embOS、
MQX、freeRTOS、Power Pac、ThreadX、CoOS 等等。其中多
数是针对通用硬件架构设计的，例如 ARM7、ARM9、
Cortex- M等都适用，商业版本是收费的，开源版本应用在
商业产品上也要通过授权许可，所以一般开源 RTOS 只
作为学习用途。但也有例外，例如由国内高校团队开发的
CooCox CoOS （以 下 简 称 CoOS），就 是 免 授 权 的 开 源
RTOS，开发者可以用在商业产品上。而且它是专门为
Cortex- M架构设计的，应用在该架构的单片机上，能发挥
出它的最大优势。特别是它的零中断延时特性，对关键任
务至关重要。
STM32 是 ST 公司基于 ARM Cortex- M3 设计的单片
机系列，采用 ARM v7M 架构，使用 Thumb- 2 指令集，
合 16 及 32 位指令，具有非常高的代码密度，比 ARM7 平
均高出 30%，采用哈佛结构，集成 NVIC 实现快速中断，
可完全使用 C 语言编程，集成总线矩阵，集成系统定时器
（SysTick）用作 RTOS 时基。它的特点是具有非常低的中
断响应时间，而且不同中断源可属于不同的优先级和抢
占级，对任务配置非常灵活。STM32 配备了强大的外设，
其中 DMA 可以各种灵活方式跟外设接口，节省宝贵的
CPU 资源，以超级循环方式运行的 STM32 程序，在处理
一般任务时会比传统单片机存在巨大优势。如果程序变
得复杂，例如要同时处理 USB 协议、图形人机界面、后端
多任务时，任务实时性问题就会突显，此时应用 RTOS，任
务的调度时间才会得到有效平衡。
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牛有德
2021-10-20
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