RT-Thread移植入门学习

发布于 1970年 01月 01日 08:00

一、简介

RT-Thread 是一款主要由中国开源社区主导开发的开源实时操作系统(许可证GPLv2)。实时线程操作系统不仅仅是一个单一的实时操作系统内核,它也是一个完整的应用系统,包含了实时、嵌入式系统相关的各个组件:TCP/IP协议栈,文件系统,libc接口,图形用户界面等。
官网地址:https://www.rt-thread.org/document/site/#/

二、版本介绍

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。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。

RT-Thread 主要采用 C 语言编写,浅显易懂,方便移植。它把面向对象的设计方法应用到实时系统设计中,使得代码风格优雅、架构清晰、系统模块化并且可裁剪性非常好。针对资源受限的微控制器(MCU)系统,可通过方便易用的工具,裁剪出仅需要 3KB Flash、1.2KB RAM 内存资源的 NANO 版本(NANO 是 RT-Thread 官方于 2017 年 7 月份发布的一个极简版内核);而对于资源丰富的物联网设备,RT-Thread 又能使用在线的软件包管理工具,配合系统配置工具实现直观快速的模块化裁剪,无缝地导入丰富的软件功能包,实现类似 Android 的图形界面及触摸滑动效果、智能语音交互效果等复杂功能。

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。

从官网就可以看出RT-Thread有三个版本,分别是标准版、Nano版、Smart版

  1. 标准版
    物联网操作系统是指以操作系统内核(可以是 RTOS、Linux 等)为基础,包括如文件系统、图形库等较为完整的中间件组件,具备低功耗、安全、通信协议支持和云端连接能力的软件平台,RT-Thread 就是一个 IoT OS。

    它具体包括以下部分:
  • 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。RT-Thread 提供了开放的软件包平台,这里存放了官方提供或开发者提供的软件包,该平台为开发者提供了众多可重用软件包的选择,这也是 RT-Thread 生态的重要组成部分。软件包生态对于一个操作系统的选择至关重要,因为这些软件包具有很强的可重用性,模块化程度很高,极大的方便应用开发者在最短时间内,打造出自己想要的系统。RT-Thread 已经支持的软件包数量已经达到 60+,如下举例:

  • 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。

  1. Nano版
    RT-Thread Nano 是一个极简版的硬实时内核,它是由 C 语言开发,采用面向对象的编程思维,具有良好的代码风格,是一款可裁剪的、抢占式实时多任务的 RTOS。其内存资源占用极小,功能包括任务处理、软件定时器、信号量、邮箱和实时调度等相对完整的实时操作系统特性。适用于家电、消费电子、医疗设备、工控等领域大量使用的 32 位 ARM 入门级 MCU 的场合。
    下图是 RT-Thread Nano 的软件框图,包含支持的 CPU 架构与内核源码,还有可拆卸的 FinSH 组件:

    支持架构:ARM:Cortex M0/ M3/ M4/ M7 等、RISC-V 及其他。
    功能:线程管理、线程间同步与通信、时钟管理、中断管理、内存管理。

  2. Smart版
    RT-Thread Smart 是基于 RT-Thread 操作系统上的混合操作系统,简称为 rt-smart,它把应用从内核中独立出来,形成独立的用户态应用程序,并具备独立的地址空间(32 位系统上是 4G 的独立地址空间)。
    以下是 rt-smart 的整体结构框图,在硬件平台的基础上通过 MMU、系统调用的方式把整个系统分成了内核态及用户态。

三、学习方式

进入文档帮助中心,可以看到官网的资料已经很详细了,只需要看一下,基本都找到相应的学习资料。如下图所示:

了解各个版本之间的差异后便可以选择相应的版本进行学习,这里我选择的是标准版,有想了解其他版本的小伙伴,看看官网的资料然后在找找相应的博客基本就明白了,Nano版和Smart版相对比较简单一些。

四、标准版下载

  1. 版本选择
    进入标准版文档中心,找到版本选择,如下图所示:

    发布版本 3.1.x:
  • 做产品 / 项目:适合公司做产品或者项目
    • 若产品已经使用的是较早的发布版本,那么在维护产品时,建议仍然在旧的版本上进行维护
    • 如果是新的产品,那么建议使用 3.1.x 最新发布版本
  • 学习 / 研究:适合新手入门学习
    发布版本 4.0.x:
  • 做产品 / 项目:适合公司做产品或者项目
    • 4.0.x 支持 SMP,适合有多核需求的产品或项目
  • 学习 / 研究:适合新手入门学习、适合有入门经验的 RT-Thread 开发者
    我选择的版本是GitHub lts-v3.1.x 分支,小伙伴本可以根据自己的需求进行选择,如下图所示:
  1. 下载源码
    下载有三种方式,这里我以压缩包的形式进行下载,如下图所示:

五、文件目录分析

Name 描述
BSP 基于各种开发板移植的板支持包
components 组件,如FinshShell、文件系统、协议栈等。
documentation 相关文档,如编码样式、doxygen等。
examples 相关示例代码
include RT线程内核的头文件
libcpu CPU移植代码,如ARM/MIPS/RISC-V等。
src RT线程内核的源文件。
tools The script files for the RT-Thread command build tool.

到这里基本的介绍就算完成了,接下来便可以进行RT-Thread的移植了,有需求了解的小伙伴可以看我下一篇笔记。

参看文献

RT-Thread文档中心:https://www.rt-thread.org/document/site/#/