RTOS简介
1.1 背景
在大型计算机的世界里，操作系统（OS operating systems）已经存在了相当长的一段时间。最基本的操作系统可以追溯到20世纪50年代。到20世纪70年代中期，操作系统的概念、结构、功能和界面已经非常成熟。
微型系统大约在 1970年出现。在基于微处理器的设备中迅速应用操作系统似乎是合乎逻辑的。然而到直到20世纪80年代中期，几乎没有任何此类应用采用了可称为正式设计的实时操作系统。诚然，CP/M 于 1975年发布，后来由英特尔公司投入芯片。但它对实时领域的影响甚微；它的天然归宿是台式机。
有两个因素影响了实时操作系统的普及，一是机器的限制，另一个是围绕微型机的设计文化。早期的微型机在计算能力、运行速度和内存容量方面都相当有限。试图在此基础上建立操作系统结构是相当困难的。此外，大多数嵌入式系统编程人员几乎没有操作系统方面的背景知识。
如今，情况大为不同。现代嵌入式设计的主力是 16/32位复杂微控制器。这些微控制器成本低、性能高，集成了大量片上存储器和外设功能。市场上还有许多商用实时操作系统。但是，能做什么并不意味着就应该做什么，究竟为什么要在下一次设计中选择使用 RTOS呢？首先，我们需要考虑更基本的问题：我们应该如何解决嵌入式系统中的软件设计问题。这就是本章的重点。它为实用的设计技术奠定了基础，并确切地说明了 RTOS 如何与之相匹配。
1.2 生产高质量的软件
乍一看，本章一开始就谈软件质量似乎有些奇怪。这似乎与操作系统关系不大。事实上并非如此，我们可以从中学到一些宝贵的经验。
如果让你定义 "高质量 "软件的含义，你会怎么说？怎么样？
- 正确地完成工作（"功能 "正确性）。
- 正确的时间完成任务（"时间 "正确性）。
- 行为应该是可预测的。
- 行为应该是一致的。
- 代码不应难以维护（低复杂性）。
- 代码的正确性可以分析（静态分析）。
- 代码行为可分析（覆盖率分析）。
- 运行时性能应可预测。
- 内存需求应可预测。
- 如果需要，可以证明代码符合相关标准。
当然，您也可以根据自己的特殊要求对上述原则进行扩展。
请考虑将这些原则应用到下面这个相对简单的小型实时系统中。
这里的要求是通过改变液体流速来控制液体温度。具体做法如下
- 使用温度传感器测量液体温度。
- 将其与所需的温度值进行比较，然后
- 生成控制信号，以设定控制冷却剂流量的执行器的位置。
软件必须执行
- 数据采集
- 信号线性化和缩放
- 控制计算
- 执行器驱动。
这是核反应堆控制系统中的安全关键 SIL 4（安全完整性等级Safety Integrity Leve 4）子系统。因此，禁止使用中断。
没有唯一的代码解决方案，但会采用以下形式：
我们所看到的是一个 "应用级"代码示例，在这里是一个单独的顺序程序单元。还请注意，低层次的细节并不为我们所知。
底层操作主要涉及系统硬件和相关活动。即使使用高级语言，程序员也必须具备机器硬件和功能方面的专业知识。这就凸显了与传统微机编程相关的问题：实现良好设计所需的硬件/软件专业知识。即使是这个简单的例子，程序员也需要相当程度的硬件和软件技能。
1.3 软件建模
制作运行程序有几个不同的阶段。
首先是软件设计，形成设计或逻辑模型。然后以源代码的形式实现，即物理模型。源代码经过编译、链接和定位（"构建"）后得到目标代码，即部署模型。最后，将目标代码加载到处理器上并执行，这就是运行时模型。请注意，在许多现代集成开发环境（IDE）中，编译和下载都是作为一项活动来处理的。
在这里，我们主要关注的是代码和运行时模型。我们暂时将设计模型放在一边，集中精力处理其他两个模型。
如果使用现代工具集，开发和处理这些工作非常简单。然而，无法自动化的是将源代码结构分配到源代码组件。程序员需要做出这些关键决定，我们将在处理设计模型时再次讨论这个话题。
代码模型为我们提供了软件的静态视图。相比之下，运行时模型是代码、数据和处理器的组合。它被定义为一个软件流程，在嵌入式领域也被称为任务（这一术语存在争议，稍后会有更多论述）。简单地说，一个任务代表一个顺序程序的执行。
我们暂且将运行时模型称为任务模型。
代码模型的更改可能（通常会）影响任务分配模型。因此，开发人员必须充分理解并记录它们之间的关系。
1.4 时间和定时的重要性
三代飞机有一个三轴自动稳定系统。从根本上说，现实世界中需要完成的工作是相同的
每种飞机所采用的技术却大相径庭。基于微处理器的系统与其他两种系统的本质区别在于：离散操作与连续操作。
在连续（"模拟"）电子系统中，如果需要，所有操作都可以同时进行（"并发"）。不仅如此，处理过程也是瞬时完成的。但这在以处理器为基础的系统中是不可能实现的，因为这些系统从根本上说是离散运行的：
- 处理器一次只能做一件事（顺序机器），而且
- 操作需要时间--事情不会立即发生。
这两个因素让我们在设计工作中倍感焦虑。因此，如果您在不了解系统时序需求的情况下就开始开发，那么您就要做好准备，迎接令人讨厌的意外。
有鉴于此，让我们重温一下之前的设计练习，可以看出任务代码
- 以连续循环的方式执行。
- 在每个循环中完成工作（"run-to-completion"语义）。
- 有完成工作的截止日期 (Td)。
- 完成工作需要时间（任务执行时间 - Te task execution time）。
- 以固定间隔或周期重复（"周期性 "运行 - Tp periodic）。
- 在空闲期间不做任何事情（空闲时间 Ts spare）。
- 需要定时机制来控制周期时间（这里我们最有可能使用硬件定时器来跟踪）。
在这个特殊的设计中，Tp和Td是系统要求，Te取决于我们的代码解决方案，而Ts则是我们最终得到的结果。例如，假设Tp为100毫秒，Te为5毫秒，则 Ts值为95毫秒。由此可见，处理器每100毫秒执行代码 5毫秒，利用率(U Utilization)为 5%。
这些数字对设计有何影响？首先，在嵌入式系统中，任务在每次启动时都要运行到完成点。其次实用的系统必须有一些空闲时间。第三，代码能在一段时间内执行并不意味着其性能是可以接受的。输入到输出的处理延迟（"延迟" latency）可能会导致整个系统的行为出现问题。
参考资料
- 软件测试精品书籍文档下载持续更新 https://github.com/china-testing/python-testing-examples 请点赞，谢谢！
- 本文涉及的python测试开发库 谢谢点赞！ https://github.com/china-testing/python_cn_resouce
- python精品书籍下载 https://github.com/china-testing/python_cn_resouce/blob/main/python_good_books.md
1.5 处理多个工作
上例中的代码结构可以让我们构建出最好的软件。但是，如图所示，它只包含一个程序单元中的一个定义明确的作业。那么，这种方法的扩展性如何呢？例如，在处理多个作业时，是否有可能达到单作业设计的质量？这取