从前后台系统到RTOS

    很多对单片机开发感兴趣的同学，之后都会继续学习嵌入式相关的知识。从单片机开发到嵌入式开发在软件方面最大的改变，也是一个质的飞跃，就是学习嵌入式必须要进入RTOS的领域，哪么单片机的前后台系统和嵌入式的RTOS系统究竟有何不同呢？

一、什么是前后台系统？

   有过单片机程序开发经历的同学必定对此不陌生。单片机所有子函数写完之后，必定是在一个主函数（main函数）里面对各个子函数进行调用。 主函数用一个死循环将所有任务不断地循环检测执行，具体的示意图如下：

    如图所示，所有的任务都是平级的，它们在无限循环的后台（while（1）的大循环）中运行或者等待运行条件的到来，一个任务的运行必须等待上一个任务运行结束。当然，单片机为了能够处理紧急的任务，设置了中断机制来处理紧急任务。我们把中断称为前台。所以前台程序可以中断后台程序的运行，获得资源先运行起来，等中断任务处理结束后，再回到原来后台任务的断点处，继续运行。但是由于中断本身要花费时间在断点的处理上面，大量使用中断会占用资源，浪费时间。可是，我们又希望能够有一个机制能够给予不同的任务等级之分，让紧急的程序能够先获得资源运行起来，而不是非要等到上一个程序运行结束。于是，机智的程序员们就开发出了实时操作系统。

二、实时操作系统RTOS

   实时操作系统（RTOS）的开发是为了能够让某些具有时效性、实时性任务可以优先获得资源运行起来。所以其特点就是让一些任务可以在一段指定的时间内完成。根据对时间的硬性要求，又可以将其分为软实时系统和硬实时系统。RTOS的示意图如下：

    如图所示，RTOS将任务分成了不同等级，总是让优先级高的任务先运行。同样，中断可以打断所有任务，来处理紧急任务。因为高等级的任务总是能先获得资源运行起来，所以可以满足对某些任务的时效性要求。

    当然，RTOS相比于前后台系统不仅仅只有实时性这一方面的进步，同时RTOS还能够通过分时原理并行的进行多任务的处理。在前后台系统中，一个任务如果缺少了某些继续运行所需的资源或者条件，就只能是CPU空转等待资源或者放弃任务。然而在RTOS中，则可以将这些任务挂起，使其进入等待状态，将CPU资源释放，使得其它任务得以运行，极大的提高了CPU的利用率。

    并不是说，有了RTOS就淘汰了前后台系统。许多小型简单的运用场景都不需要用到RTOS来调度系统的资源，前后台系统可以简单的满足应用。不过在实际的开发应用中，更多时候需要RTOS来调度庞大繁多的任务，来提系统资源的利用率。因此，深入了解掌握RTOS，是一个合格嵌入式开发人员必备的基本能力。