RT-Thread-来自中国的开源物联网操作系统

《开源精选》是我们分享 Github、Gitee 等开源社区中优质项目的栏目，包括技术、学习、实用与各种有趣的内容。本期推荐的 RT-Thread，全称是 Real Time-Thread，顾名思义，它是一个嵌入式实时多线程操作系统，基本属性之一是支持多任务，允许多个任务同时运行并不意味着处理器在同一时刻真地执行了多个任务。

RT-Thread 架构

架构概述

内核层：

RT-Thread 内核，是 RT-Thread 的核心部分，包括了内核系统中对象的实现，例如多线程及其调度、信号量、邮箱、消息队列、内存管理、定时器等；libcpu/BSP（芯片移植相关文件 / 板级支持包）与硬件密切相关，由外设驱动和 CPU 移植构成。

组件与服务层：

组件是基于 RT-Thread 内核之上的上层软件，例如虚拟文件系统、FinSH 命令行界面、网络框架、设备框架等。采用模块化设计，做到组件内部高内聚，组件之间低耦合。

RT-Thread 软件包：

运行于 RT-Thread 物联网操作系统平台上，面向不同应用领域的通用软件组件，由描述信息、源代码或库文件组成。

物联网相关的软件包：

Paho MQTT、WebClient、mongoose、WebTerminal 等等。

脚本语言相关的软件包：

目前支持 JerryScript、MicroPython。

多媒体相关的软件包：

Openmv、mupdf。

工具类软件包：

CmBacktrace、EasyFlash、EasyLogger、SystemView。

系统相关的软件包：

RTGUI、Persimmon UI、lwext4、partition、SQLite 等等。

外设库与驱动类软件包：

RealTek RTL8710BN SDK。

RT-Thread 概述

事实上，一个处理器核心在某一时刻只能运行一个任务，由于每次对一个任务的执行时间很短、任务与任务之间通过任务调度器进行非常快速地切换（调度器根据优先级决定此刻该执行的任务），给人造成多个任务在一个时刻同时运行的错觉。在 RT-Thread 系统中，任务通过线程实现的，RT-Thread 中的线程调度器也就是以上提到的任务调度器。

相较于 Linux 操作系统，RT-Thread 体积小，成本低，功耗低、启动快速，除此以外 RT-Thread 还具有实时性高、占用资源小等特点，非常适用于各种资源受限（如成本、功耗限制等）的场合。虽然 32 位 MCU 是它的主要运行平台，实际上很多带有 MMU、基于 ARM9、ARM11 甚至 Cortex-A 系列级别 CPU 的应用处理器在特定应用场合也适合使用 RT-Thread。

RT-Thread 的特点

• 资源占用极低，超低功耗设计，最小内核（Nano 版本）仅需1.2KB RAM，3KB Flash。
• 组件丰富，繁荣发展的软件包生态。
• 简单易用，优雅的代码风格，易于阅读、掌握。
• 高度可伸缩，优质的可伸缩的软件架构，松耦合，模块化，易于裁剪和扩展。
• 强大，支持高性能应用。
• 跨平台、芯片支持广泛。

快速开始-示例

这个例子是一个压缩包文件，将它解压，我们这里解压到 D:/。解压完成后的目录结构如下图所示：

各个目录所包含的文件类型的描述如下表所示：

在目录下，有一个 project.uvprojx 文件，它是本文内容所引述的例程中的一个 MDK5 工程文件，双击 “project.uvprojx” 图标，打开此工程文件：

现在我们点击一下窗口上方工具栏中的按钮，对该工程进行编译，如图所示：

系统启动代码

一般了解一份代码大多从启动部分开始，同样这里也采用这种方式，先寻找启动的源头。以 MDK-ARM 为例，MDK-ARM 的用户程序入口为 main() 函数，位于 main.c 文件中。系统启动后先从汇编代码 startup_stm32f103xe.s 开始运行，然后跳转到 C 代码，进行 RT-Thread 系统功能初始化，最后进入用户程序入口 main()。

//components.c 中定义
/* re-define main function */
int $Sub$$main(void)
{
    rt_hw_interrupt_disable();
    rtthread_startup();
    return 0;
}

在这里 $Sub$$main 函数仅仅调用了 rtthread_startup() 函数。RT-Thread 支持多种平台和多种编译器，而 rtthread_startup() 函数是 RT-Thread 规定的统一入口点，所以 $Sub$$main 函数只需调用 rtthread_startup() 函数即可。例如采用 GNU GCC 编译器编译的 RT-Thread，就是直接从汇编启动代码部分跳转到 rtthread_startup() 函数中，并开始第一个 C 代码的执行的。在 components.c 的代码中找到 rtthread_startup() 函数，我们将可以看到 RT-Thread 的启动流程：

int rtthread_startup(void)
{
    rt_hw_interrupt_disable();

    /* board level initalization
     * NOTE: please initialize heap inside board initialization.
     */
    rt_hw_board_init();

    /* show RT-Thread version */
    rt_show_version();

    /* timer system initialization */
    rt_system_timer_init();

    /* scheduler system initialization */
    rt_system_scheduler_init();

#ifdef RT_USING_SIGNALS
    /* signal system initialization */
    rt_system_signal_init();
#endif

    /* create init_thread */
    rt_application_init();

    /* timer thread initialization */
    rt_system_timer_thread_init();

    /* idle thread initialization */
    rt_thread_idle_init();

    /* start scheduler */
    rt_system_scheduler_start();

    /* never reach here */
    return 0;
}