RT-Thread设计与实现：RT-Thread 概述和架构

RT-Thread 概述
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，其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正执行了多个任务。事实上，一个处理器核心在某一时刻只能执行一个任务，由于每次对一个任务的执行时间很短且任务与任务之间通过任务调度器进行非常快速的切换（调度器根据优先级决定此刻该执行的任务），因此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，任务是通过线程实现的，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，RT-Thread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而快速的模块化裁剪，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和基于ARM9、ARM11甚至Cortex-A系列CPU的应用处理器在特定应用场合也适合使用RT-Thread。

RT-Thread 的架构

近年来，物联网市场发展迅猛，嵌入式设备的联网已是大势所趋。终端联网使得软件复杂性大幅增加，传统的RTOS内核已经越来越难满足市场需求，在这种情况下，物联网操作系统（IoT OS）的概念应运而生。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层组件，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。
RT-Thread与其他很多RTOS（如FreeRTOS、uC/OS）的主要区别之一是，它不仅仅是一个实时内核，还具备丰富的中间层组件，如图2-1所示，它具体包括以下部分。
（1）内核层：RT-Thread内核，是RT-Thread的核心部分，包括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。
（2）组件和服务层：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。这一层采用模块化设计，做到组件内部高内聚，组件之间低耦合。
（3）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，极大地方便了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多个，举例如下。
①物联网相关的软件包：Paho MQTT、WebClient、Mongoose、WebTerminal等。
②脚本语言相关的软件包：目前支持JerryScript、MicroPython。
③多媒体相关的软件包：OpenMV、MuPDF。
④工具类软件包：CmBacktrace、EasyFlash、EasyLogger、SystemView。
⑤系统相关的软件包：RTGUI、Persimmon UI、lwext4、partition、SQLite等。
⑥外设库与驱动类软件包：RealTek RTL8710BN SDK。
⑦其他。
从图2-1中可以看出，RT-Thread涵盖了非常多的功能模块，由于篇幅有限，本书不会涉及所有功能模块，本书主要介绍RT-Thread内核、FinSH控制台、I/O设备管理、DFS虚拟文件系统、网络框架等最为核心和基础的部分，通过这些内容的介绍，带领读者进入RT-Thread的大门。

RT-Thread的获取
1.许可协议
RT-Thread系统完全开源，3.1.0及以前的版本遵循GPL V2+开源许可协议。3.1.0以后的版本遵循Apache License 2.0开源许可协议，可以免费在商业产品中使用，并且不需要公开私有代码。
2.源代码与文档下载
官方提供了三个途径来下载RT-Thread源代码：RT-Thread官方网站（https://www.rt-thread.org/）、GitHub网站（https://github.com/RT-Thread/rt-thread）及码云网站（https://gitee.com/rtthread/rt-thread）。在RT-Thread官方网站首页（见图2-2），单击主菜单上的“资源”选项，出现下拉菜单，再单击“下载”，进入下载页面，可选择进入Git库下载或网盘下载：在Git库中下载RT-Thread的最新开发代码，在网盘中下载RT-Thread发布版本，本书使用的RT-Thread发布版本为3.1.0。