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裸機(jī)與RTOS的理解

首先這里只針對(duì)單核CPU架構(gòu)的芯片展開(kāi)討論，大部分是MCU吧，而多核CPU的討論相對(duì)比較復(fù)雜，暫不涉及~玩RTOS的朋友都知道，裸機(jī)與OS的最大區(qū)別就是實(shí)現(xiàn)多任務(wù)的并發(fā)，其實(shí)你說(shuō)裸機(jī)就不能實(shí)現(xiàn)任務(wù)的并發(fā)嗎 ？ 這個(gè)需要看所站的角度吧，只是說(shuō)RTOS并發(fā)的粒度可以更加細(xì)，因?yàn)槟惆崖銠C(jī)的任務(wù)拆分成多塊運(yùn)行，其實(shí)也是一種并發(fā)方式。從宏觀上雖然RTOS的每個(gè)任務(wù)都是在并發(fā)執(zhí)行，其實(shí)微觀上還是一條一條指令在順序執(zhí)行著。

而對(duì)于目前主流的RTOS，如UCOS或者FreeRTOS，所實(shí)現(xiàn)的都是多任務(wù)，更多的是一種多線程的并發(fā)執(zhí)行而非多進(jìn)程，所以對(duì)應(yīng)到Linux平臺(tái)上稱他們?yōu)閠hread。

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并發(fā)帶來(lái)的問(wèn)題

并發(fā)的好處就是能夠在更細(xì)的粒度來(lái)盡可能的提高CPU的利用率，這里不能說(shuō)使用了多線程就一定能提高，這與你所設(shè)計(jì)的任務(wù)劃分和處理有著直接的關(guān)系，只能說(shuō)多線程相比裸機(jī)更有這個(gè)能力。

而任何事物都有其利弊，多個(gè)任務(wù)在沒(méi)有同步處理的情況下，任務(wù)之間是無(wú)序運(yùn)行的，無(wú)序也就意味著狀態(tài)的多樣性和復(fù)雜度。

當(dāng)然bug菌這里所說(shuō)的無(wú)序是一個(gè)相對(duì)的過(guò)程，比如對(duì)于CPU而言，它就是順序的去執(zhí)行一條一條的指令，所以在這個(gè)層面它是有序的、確定的。

而我們把過(guò)程放大，比如執(zhí)行一條C語(yǔ)言語(yǔ)句，一般它是由多條匯編指令組成，對(duì)于目前的搶占式內(nèi)核，在一段時(shí)間內(nèi)其多個(gè)任務(wù)就有可能指令交替執(zhí)行，當(dāng)這些指令都去操作同一塊內(nèi)存，那么內(nèi)存的最終結(jié)果由于順序不同而不同，最終難以確定。

狀態(tài)的不確定就有可能造成異常行為，也就是大家經(jīng)常遇到的：“怎么跑著跑著就有問(wèn)題，還沒(méi)啥規(guī)律~”，“這段代碼怎么看也沒(méi)問(wèn)題呀~”

所以對(duì)比看來(lái)RTOS確實(shí)會(huì)帶來(lái)編程上的難度~

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臨界區(qū)

既然有難度，我們就要解決，把不確定性部分通過(guò)一些手段來(lái)變得確定，而造成這些不確定因素的動(dòng)力是什么呢？是中斷~

bug菌一直覺(jué)得，其實(shí)對(duì)于裸機(jī)而言，如果把中斷服務(wù)函數(shù)看成一個(gè)更高優(yōu)先級(jí)的搶占式任務(wù)，其實(shí)裸機(jī)主任務(wù)與中斷任務(wù)就形成了一種兩任務(wù)的并發(fā)，所以中斷與任務(wù)之間也是有共享問(wèn)題需要類似處理的。

為了解決這些不確定因素，我們只需要在這段代碼區(qū)域限制中斷的發(fā)生即可，這一段區(qū)域就是臨界區(qū)，說(shuō)得直白點(diǎn) ： 關(guān)中斷與開(kāi)中斷。

1ENTER_CRITICAL（）;//進(jìn)入臨界區(qū)23//臨界區(qū)代碼45EXIT_CRITICAL（）;//退出臨界區(qū)

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臨界區(qū)嵌套

臨界區(qū)的使用沒(méi)啥可說(shuō)的，但是在你的代碼中怎么加臨界區(qū)確實(shí)一門技巧，可是說(shuō)很多3~5年的工程師也并不一定處理得好，本文暫不展開(kāi)，后面bug菌整理以后再分享給大家，今天只聊聊臨界區(qū)嵌套使用的問(wèn)題，畢竟很多朋友在這里掉過(guò)坑~

參考偽代碼：

1/********************************************* 2 * Function： Fuction1 3 * Description：功能函數(shù)

4 * Author： bug菌 5 ********************************************/ 6void Fuction1（void）7{ 8 ENTER_CRITICAL（）;//進(jìn)入臨界區(qū) 910 //do something~1112 EXIT_CRITICAL（）;//退出臨界區(qū)

13} 14/********************************************* 15 * Function： Fuction2 16 * Description： 功能函數(shù) 17 * Author： bug菌 18 ********************************************/19void Fuction2（void） 20{ 21 ENTER_CRITICAL（）;//進(jìn)入臨界區(qū)2223... 24 Fuction1（）; 2526. 27 //do something~2829 EXIT_CRITICAL（）;//退出臨界區(qū)30}

這種臨界區(qū)的使用是很多朋友常犯的錯(cuò)誤，當(dāng)然這里的臨界區(qū)操作僅僅只是開(kāi)關(guān)中斷，許多自己公司寫的，或者裁剪的都是這種簡(jiǎn)約開(kāi)關(guān)中斷版本，所以當(dāng)調(diào)用Function1函數(shù)以后，后面的代碼就不在臨界區(qū)內(nèi)了，此時(shí)就有可能會(huì)存在共享問(wèn)題。

當(dāng)然目前的開(kāi)源OS都會(huì)提供一種把相關(guān)嵌套標(biāo)記保存在局部變量中的處理方式，如下代碼所示：

1//來(lái)源于ucos源碼 2#define OS_ENTER_CRITICAL（） （cpu_sr = OSCPUSaveSR（）） 3#define OS_EXIT_CRITICAL（）

（OSCPURestoreSR（cpu_sr）） 4 5/*********************************************6 * Function： Fuction1 7 * Description：功能函數(shù) 8 * Author： bug菌 9 ********************************************/10void Fuction1（void） 11{ 12 int cpu_sr; 1314 OS_ENTER_CRITICAL（）;//進(jìn)入臨界區(qū)

1516 //do something~1718 OS_EXIT_CRITICAL（）;//退出臨界區(qū)

19} 2021/********************************************* 22 * Function： Fuction2 23 * Description： 功能函數(shù) 24 * Author： bug菌

25 ********************************************/26void Fuction2（void） 27{ 28 int cpu_sr; 2930 OS_ENTER_CRITICAL（）;//進(jìn)入臨界區(qū)3132 Fuction1（void）; 3334 OS_EXIT_CRITICAL（）;//退出臨界區(qū)

3536}

為了更好的理解，我寫了一下下面的偽代碼，供大家參數(shù)~

1//中斷寄存器register原本是1， 向register寫0關(guān)中斷，向register寫1開(kāi)中斷 2 3void Fuction2（void） 4{ 5 int cpu_sr1 = 0; 6 7 cpu_sr1 = register; 8 register = 0;

//register == 0;

cpu_sr1 == 1; 910 void Fuction1（void） 11 { 12 int cpu_sr1 = 0; 1314 cpu_sr2 = register; 15 register = 0; //register == 0;cpu_sr2 == 0;

161718 register = cpu_sr2; 19 cpu_sr2 = 0;//register == 0;

cpu_sr2 == 0;20 } 2122 register = cpu_sr1; 23 cpu_sr1 = 0;//register == 1;cpu_sr1 == 0;2425}

不同的OS可能具體實(shí)現(xiàn)有所差異，大體上都一樣~

原文標(biāo)題：同事在RTOS“臨界區(qū)嵌套使用”栽了跟頭~

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