《嵌入式实时操作系统：RT-Thread设计与实现》
电子与嵌入式系统设计丛书
嵌入式实时操作系统：
RT-Thread设计与实现
邱祎 熊谱翔 朱天龙 著
前 言
为什么要写这本书
自2006年发布V0.01版起，到今年正式发布V4.0版，RT-Thread历经12年的累积发展，凭借良好的口碑和开源免费的策略，已经拥有了一个国内最大的嵌入式开源社区，积聚了数十万的软件爱好者。RT-Thread广泛应用于能源、车载、医疗、消费电子等众多行业，已成为国人自主开发、最成熟稳定和装机量最大的开源嵌入式操作系统。
深处于行业之中，我们深刻地感受到近年来国内芯片产业和物联网产业快速崛起的趋势，行业发展迫切需要更多人才，尤其是掌握嵌入式操作系统等底层技术的人才，我们希望通过本书让RT-Thread触达更多人群，让更多的人了解集聚国人智慧的RT-Thread操作系统，从而让RT-Thread赋能更多行业，真正做到“积识成睿，慧泽百川”。
另外，高校学生是RT-Thread非常重视的群体，从2018年起，RT-Thread启动了一系列大学生计划，包括送书计划、培训计划、合作开课、赞助竞赛等，以帮助学生了解和学习RT-Thread，本书编写尽可能做到简单、易懂，让大学生能够轻松上手RT-Thread。希望本书能够加快RT-Thread在高校的普及。
总之，本书的初衷在于降低RT-Thread的学习门槛，让更多人能轻松学习、掌握RT-Thread，从而参与开发RT-Thread，共同打造开源、开放、小而美的物联网操作系统。
读者对象
所有使用C/C++进行编程的开发人员；
嵌入式软硬件工程师、电子工程师、物联网开发工程师；
高校计算机/电子/自动化/通信类专业学生、老师；
其他对嵌入式操作系统感兴趣的人员。
如何阅读本书
为了能够阅读本书，建议先学习C语言和STM32编程知识，如果有数据结构和面向对象编程基础则更佳。学习本书时，大多数章节都有配套示例代码，这些代码都可以实际运行，建议边阅读边实战，读完一章的同时完成该章示例实验。
本书分为两大部分，共16章：第1～10章为内核篇；第11～16章为组件篇。
第1～9章介绍RT-Thread内核，首先对RT-Thread进行总体介绍，在随后各章中分别介绍RT-Thread的线程管理、时钟管理、线程间同步、线程间通信、内存管理、中断管理，每章都有配套的示例代码，这部分示例可运行在Keil MDK模拟器环境下，不需要任何硬件。
第10章介绍RT-Thread内核移植，读完本章，可以将RT-Thread移植到实际的硬件板上运行。
第11～16章介绍RT-Thread组件部分，分别介绍Env开发环境、FinSH控制台、设备管理、文件系统和网络框架，这部分配套示例可以运行在硬件板上，分别完成外设访问、文件系统读写、网络通信功能。
本书配套资料包括实验源码及相关工具软件、硬件资料，可以通过关注微信公众号“RTThread物联网操作系统”获得。
配套硬件
本书配套硬件为RT-Thread与正点原子联合开发的IoT Board开发板，基于STM32L475主芯片，本书组件篇配套的示例代码都基于IoT Board。
IoT Board开发板
本书第16章需要用到如下图所示的ENC28J60模块实现网络示例功能。
ENC28J60网络模块
如果已经购买其他开发板，如下图所示的野火和正点原子开发板，也可以配合本书进行学习，前提是根据第10章的介绍完成开发板上的RT-Thread内核移植，然后实现相关的外设驱动。
野火和正点原子开发板
勘误和支持
由于笔者水平有限，编写时间仓促，书中难免会存在一些错误或者不准确的地方，恳请读者到论坛发帖指正，RT-Thread官方论坛地址为https://www.rt-thread.org/qa/。在学习过程中遇到任何问题，也可以发帖交流，期待能够得到你们的真诚反馈，在技术之路上互勉共进。
致谢
本书由诸多RT-Thread开发者小伙伴集体完成，除封面作者外，杨洁、罗娇、虞昊迪、张源、邹诚、姚金润也参与了本书编写工作，郭占鑫、韩方黎、杨广亮、赵盼盼等参与了本书校对工作，王卓然对书稿开发提出了宝贵建议，感谢大家为本书出版做出的贡献。
感谢机械工业出版社华章公司编辑高婧雅帮助和引导我们顺利完成全部书稿。
邱 祎
2018年11月
目 录
前言
第一篇 内核篇
第4章 线程管理 40
4.1 线程管理的功能特点 40
4.2 线程的工作机制 41
4.2.1 线程控制块 41
4.2.2 线程的重要属性 42
4.2.3 线程状态切换 45
4.2.4 系统线程 46
4.3 线程的管理方式 46
4.3.1 创建和删除线程 47
4.3.2 初始化和脱离线程 48
4.3.3 启动线程 49
4.3.4 获得当前线程 50
4.3.5 使线程让出处理器资源 50
4.3.6 使线程睡眠 50
4.3.7 挂起和恢复线程 51
4.3.8 控制线程 52
4.3.9 设置和删除空闲钩子 52
4.3.10 设置调度器钩子 53
4.4 线程应用示例 53
4.4.1 创建线程示例 54
4.4.2 线程时间片轮转调度示例 56
4.4.3 线程调度器钩子示例 57
4.5 本章小结 59
第5章 时钟管理 60
5.1 时钟节拍 60
5.1.1 时钟节拍的实现方式 60
5.1.2 获取时钟节拍 61
5.2 定时器管理 62
5.2.1 RT-Thread定时器介绍 62
5.2.2 定时器的工作机制 63
5.2.3 定时器的管理方式 65
5.3 定时器应用示例 69
5.4 高精度延时 72
5.5 本章小结 73
第6章 线程间同步 74
6.1 信号量 75
6.1.1 信号量的工作机制 75
6.1.2 信号量控制块 75
6.1.3 信号量的管理方式 76
6.1.4 信号量应用示例 79
6.1.5 信号量的使用场合 85
6.2 互斥量 87
6.2.1 互斥量的工作机制 87
6.2.2 互斥量控制块 89
6.2.3 互斥量的管理方式 89
6.2.4 互斥量应用示例 92
6.2.5 互斥量的使用场合 97
6.3 事件集 97
6.3.1 事件集的工作机制 97
6.3.2 事件集控制块 98
6.3.3 事件集的管理方式 99
6.3.4 事件集应用示例 101
6.3.5 事件集的使用场合 104
6.4 本章小结 104
第7章 线程间通信 105
7.1 邮箱 105
7.1.1 邮箱的工作机制 105
7.1.2 邮箱控制块 106
7.1.3 邮箱的管理方式 106
7.1.4 邮箱使用示例 110
7.1.5 邮箱的使用场合 112
7.2 消息队列 113
7.2.1 消息队列的工作机制 113
7.2.2 消息队列控制块 114
7.2.3 消息队列的管理方式 115
7.2.4 消息队列应用示例 118
7.2.5 消息队列的使用场合 121
7.3 信号 123
7.3.1 信号的工作机制 123
7.3.2 信号的管理方式 124
7.3.3 信号应用示例 126
7.4 本章小节 128
第8章 内存管理 129
8.1 内存管理的功能特点 129
8.2 内存堆管理 130
8.2.1 小内存管理算法 131
8.2.2 slab管理算法 132
8.2.3 memheap管理算法 133
8.2.4 内存堆配置和初始化 134
8.2.5 内存堆的管理方式 134
8.2.6 内存堆管理应用示例 136
8.3 内存池 138
8.3.1 内存池的工作机制 139
8.3.2 内存池的管理方式 140
8.3.3 内存池应用示例 143
8.4 本章小结 145
第9章 中断管理 146
9.1 Cortex-M CPU架构基础 146
9.1.1 寄存器介绍 147
9.1.2 操作模式和特权级别 148
9.1.3 嵌套向量中断控制器 148
9.1.4 PendSV系统调用 149
9.2 RT-Thread中断工作机制 149
9.2.1 中断向量表 149
9.2.2 中断处理过程 151
9.2.3 中断嵌套 153
9.2.4 中断栈 154
9.2.5 中断的底半处理 154
9.3 RT-Thread中断管理接口 156
9.3.1 中断服务程序挂接 157
9.3.2 中断源管理 158
9.3.3 全局中断开关 158
9.3.4 中断通知 160
9.4 中断与轮询 161
9.5 全局中断开关使用示例 162
9.6 本章小结 164
第10章 内核移植 165
10.1 CPU架构移植 165
10.1.1 实现全局中断开关 166
10.1.2 实现线程栈初始化 167
10.1.3 实现上下文切换 168
10.1.4 实现时钟节拍 174
10.2 BSP移植 175
10.3 内核移植示例 175
10.3.1 准备裸机工程 176
10.3.2 建立RT-Thread工程 177
10.3.3 实现时钟管理 179
10.3.4 实现控制台输出 180
10.3.5 实现动态堆内存管理 181
10.3.6 移植到更多开发板 183
10.4 本章小结 184
第二篇 组件篇
第11章 Env辅助开发环境 186
11.1 Env简介 186
11.2 Env的功能特点 187
11.3 Env工程构建示例 189
11.4 构建更多MDK工程 196
11.4.1 创建外设示例工程 196
11.4.2 创建文件系统示例工程 198
11.4.3 创建网络示例工程 202
11.5 本章小结 206
第12章 FinSH控制台 207
12.1 FinSH介绍 207
12.2 FinSH内置命令 209
12.2.1 显示线程状态 210
12.2.2 显示信号量状态 210
12.2.3 显示事件状态 210
12.2.4 显示互斥量状态 210
12.2.5 显示邮箱状态 211
12.2.6 显示消息队列状态 211
12.2.7 显示内存池状态 211
12.2.8 显示定时器状态 212
12.2.9 显示设备状态 212
12.2.10 显示动态内存状态 212
12.3 自定义FinSH命令 213
12.3.1 自定义msh命令 213
12.3.2 自定义C-Style命令和变量 213
12.3.3 自定义命令重命名 214
12.4 FinSH功能配置 214
12.5 FinSH应用示例 216
12.5.1 自定义msh命令示例 216
12.5.2 带参数的msh命令示例 217
12.6 本章小结 218
第13章 I/O设备管理 219
13.1 I/O设备介绍 219
13.1.1 I/O设备管理框架 219
13.1.2 I/O设备模型 221
13.1.3 I/O设备类型 222
13.2 创建和注册I/O设备 223
13.3 访问I/O设备 226
13.3.1 查找设备 226
13.3.2 初始化设备 227
13.3.3 打开和关闭设备 227
13.3.4 控制设备 228
13.3.5 读写设备 229
13.3.6 数据收发回调 229
13.3.7 设备访问示例 230
13.4 本章小结 231
第14章 通用外设接口 232
14.1 UART串口 232
14.1.1 串口设备管理 233
14.1.2 创建和注册串口设备 233
14.1.3 访问串口设备 235
14.1.4 串口设备使用示例 235
14.2 GPIO 237
14.2.1 PIN设备管理 238
14.2.2 创建和注册PIN设备 238
14.2.3 访问PIN设备 239
14.2.4 PIN设备使用示例 242
14.3 SPI总线 243
14.3.1 SPI设备管理 244
14.3.2 创建和注册SPI总线设备 246
14.3.3 创建和挂载SPI从设备 247
14.3.4 访问SPI从设备 249
14.3.5 特殊使用场景 254
14.3.6 SPI设备使用示例 255
14.4 I2C总线 256
14.4.1 I2C设备管理 258
14.4.2 创建和注册I2C总线设备 258
14.4.3 访问I2C设备 259
14.4.4 I2C设备应用示例 260
14.5 运行设备应用示例 263
14.5.1 运行PIN设备示例 264
14.5.2 运行SPI设备示例 265
14.5.3 运行I2C设备示例 266
14.5.4 运行串口设备示例 266
14.6 本章小结 267
第15章 虚拟文件系统 268
15.1 DFS介绍 268
15.1.1 DFS架构 269
15.1.2 POSIX接口层 269
15.1.3 虚拟文件系统层 270
15.1.4 设备抽象层 270
15.2 文件系统挂载管理 271
15.2.1 DFS组件初始化 271
15.2.2 注册文件系统 271
15.2.3 将存储设备注册为块设备 271
15.2.4 格式化文件系统 272
15.2.5 挂载文件系统 273
15.2.6 卸载文件系统 273
15.3 文件管理 273
15.3.1 打开和关闭文件 273
15.3.2 读写数据 274
15.3.3 重命名 275
15.3.4 获取状态 275
15.3.5 删除文件 275
15.3.6 同步文件数据到存储设备 276
15.3.7 查询文件系统相关信息 276
15.3.8 监视I/O设备状态 276
15.4 目录管理 277
15.4.1 创建和删除目录 277
15.4.2 打开和关闭目录 277
15.4.3 读取目录 278
15.4.4 获取目录流的读取位置 278
15.4.5 设置下次读取目录的位置 278
15.4.6 重设读取目录的位置为开头位置 279
15.5 DFS功能配置 279
15.6 DFS应用示例 279
15.6.1 准备工作 280
15.6.2 读写文件示例 283
15.6.3 更改文件名称示例 284
15.6.4 获取文件状态示例 285
15.6.5 创建目录示例 286
15.6.6 读取目录示例 286
15.6.7 设置读取目录位置示例 287
15.7 本章小结 289
第16章 网络框架 290
16.1 TCP/IP网络协议简介 290
16.1.1 OSI参考模型 290
16.1.2 TCP/IP参考模型 291
16.1.3 TCP/IP参考模型和OSI参考模型的区别 291
16.1.4 IP地址 292
16.1.5 子网掩码 292
16.1.6 MAC 地址 292
16.2 RT-Thread网络框架介绍 292
16.3 网络框架工作流程 294
16.3.1 网络协议簇注册 294
16.3.2 网络数据接收流程 295
16.3.3 网络数据发送流程 296
16.4 网络套接字编程 296
16.4.1 TCP socket通信流程 296
16.4.2 UDP socket通信流程 297
16.4.3 创建套接字 298
16.4.4 绑定套接字 298
16.4.5 建立TCP连接 299
16.4.6 数据传输 300
16.4.7 关闭网络连接 301
16.5 网络功能配置 302
16.6 网络应用示例 303
16.6.1 准备工作 303
16.6.2 TCP客户端示例 306
16.6.3 UDP客户端示例 310
16.7 本章小结 312
附录A menuconfig配置选项 313
附录B SCons构建系统 317
- 点赞
- 收藏
- 关注作者
评论（0）