第2章
裸機系統與多任務系統
在真正開始動手寫RTOS之前，先來講解一下單片機程式設計中的裸機系統和多任務系統的差別。
2.1 裸機系統
裸機系統通常分成輪詢系統和前背景系統，有關這兩者的具體實作方式參見下面的講解。
2.1.1 輪詢系統
輪詢系統即在裸機程式設計時，先初始化好相關的硬體，然後讓主程式在一個死循環裡面不斷循環，順序地處理各種事件，大概的僞代碼參見代碼清單2-1。輪詢系統是一種非常簡單的軟體結構，通常隻适用于僅需要順序執行代碼且不需要外部事件來驅動就能完成的事情。在代碼清單2-1中，如果隻是實作LED翻轉、序列槽輸出、液晶顯示等操作，那麼使用輪詢系統将會非常完美。但是，如果加入了按鍵操作等需要檢測外部信号的事件，例如用來模拟緊急報警，那麼整個系統的實時響應能力就不會那麼好了。假設DoSomething3是按鍵掃描，當外部按鍵被按下，相當于一個警報，這個時候，需要立刻響應并做緊急處理，而這時程式剛好執行到DoSomething1，如果DoSomething1需要執行的時間比較久，久到按鍵釋放之後還沒有執行完畢，那麼當執行到DoSomething3時就會丢失一次事件。由此可見，輪詢系統隻适合順序執行的功能代碼，當有外部事件驅動時，實時性就會降低。
2.1.2 前背景系統
相比輪詢系統，前背景系統是在輪詢系統的基礎上加入了中斷。外部事件的響應在中斷裡面完成，事件的處理還是回到輪詢系統中完成，中斷在這裡稱為前台，main()函數中的無限循環稱為背景，大概的僞代碼參見代碼清單2-2。
在順序執行背景程式時，如果出現中斷，那麼中斷會打斷背景程式的正常執行流，轉而去執行中斷服務程式，在中斷服務程式中标記事件。如果事件要處理的事情很簡短，則可在中斷服務程式中處理；如果事件要處理的事情比較多，則傳回背景程式中處理。雖然事件的響應和處理分開了，但是事件的處理還是在背景順序執行的，但相比輪詢系統，前背景系統確定了事件不會丢失，再加上中斷具有可嵌套的功能，這可以大大提高程式的實時響應能力。在大多數中小型項目中，前背景系統運用得好，堪稱有作業系統的效果。
2.2 多任務系統
相比前背景系統，多任務系統的事件響應也是在中斷中完成的，但是事件的處理是在任務中完成的。在多任務系統中，任務與中斷一樣，也具有優先級，優先級高的任務會優先執行。當一個緊急事件在中斷中被标記之後，如果事件對應的任務的優先級足夠高，就會立刻得到響應。相比前背景系統，多任務系統的實時性又提高了。多任務系統的僞代碼參見代碼清單2-3。
相比前背景系統中背景順序執行的程式主體，在多任務系統中，根據程式的功能，我們把這個程式主體分割成一個個獨立的、無限循環且不能傳回的小程式，這個小程式稱為任務。每個任務都是獨立的、互不幹擾的，且具備自身的優先級，它由作業系統排程管理。加入作業系統後，我們在程式設計時不需要精心地設計程式的執行流，也不用擔心每個功能子產品之間是否存在幹擾。加入了作業系統，我們的程式設計反而變得簡單了。整個系統的額外開銷僅為作業系統占據的少量FLASH和RAM。如今，單片機的FLASH和RAM越來越大，完全足以抵消RTOS的開銷。
無論是裸機系統中的輪詢系統、前背景系統還是多任務系統，我們不能簡單地說孰優孰劣，它們是不同時代的産物，在各自的領域都有相當大的應用價值，隻有合适的才是最好的。有關這三者的軟體模型差別如表2-1所示。