通信系统实时操作系统开发指南

📚 共计 30 章节

RTOS基础概念

实时操作系统定义、任务调度机制、内核与用户空间、通信系统对RTOS的需求分析

概念调度通信

FreeRTOS移植与配置

FreeRTOS源码结构、移植步骤、配置文件详解、堆栈设置与优化

移植配置堆栈

任务创建与管理

任务控制块、任务状态机、任务优先级、任务创建与删除、任务挂起与恢复

任务状态机优先级

任务调度算法

抢占式调度、时间片轮转、协作式调度、调度器启动与挂起、调度策略选择

调度抢占时间片

队列与消息传递

队列创建与发送、队列接收与超时、队列集、消息队列在通信中的应用

队列消息通信

信号量与互斥量

二值信号量、计数信号量、互斥信号量、优先级反转与继承、死锁预防

信号量互斥死锁

事件标志组

事件标志创建、事件等待与设置、事件同步机制、多事件触发场景

事件同步触发

任务通知机制、通知发送与接收、通知替代信号量/队列、性能对比分析

通知轻量性能

软件定时器

定时器创建与启动、定时器回调函数、定时器状态机、周期性任务实现

定时器回调周期

中断嵌套、中断延迟、临界区保护、中断与任务同步、中断安全API

中断临界区同步

静态内存分配、动态内存分配、heap_1到heap_5方案、内存碎片处理

内存heap碎片

低功耗管理

Tickless模式、空闲任务钩子、功耗测量、唤醒延迟控制

低功耗Tickless空闲

通信协议栈概述

OSI模型与TCP/IP、协议栈分层设计、MAC层与PHY层接口、RTOS与协议栈集成

协议栈OSI集成

UART通信驱动

UART硬件原理、DMA传输模式、环形缓冲区设计、波特率自适应

UARTDMA环形缓冲

SPI与I2C总线驱动

SPI主从模式、I2C多主机仲裁、时序模拟、中断驱动设计

以太网MAC驱动

DMA描述符链、接收中断风暴控制、零拷贝技术、链路检测与重连

以太网DMA零拷贝

LwIP协议栈移植

LwIP源码结构、操作系统抽象层、网卡接口注册、内存池配置

LwIP移植网卡

TCP/IP套接字编程

Socket创建与绑定、TCP客户端/服务器、UDP广播与组播、超时重传

MQTT协议实现

MQTT客户端状态机、发布/订阅模型、QoS等级实现、遗嘱消息

MQTT发布/订阅QoS

CoAP协议实现

CoAP请求/响应模型、资源发现、观察模式、块传输

HTTP/HTTPS客户端

HTTP请求构造、TLS握手、证书验证、Chunked传输

蓝牙低功耗(BLE)协议栈

GAP与GATT、广播与扫描、连接参数更新、服务发现

LoRaWAN协议实现

Class A/B/C模式、ADR算法、数据速率自适应、频段规划

LoRaWANADR频段

多任务通信架构

生产者-消费者模型、管道与过滤器、事件驱动架构、状态机实现

架构生产者-消费者状态机

实时性分析与优化

最坏情况执行时间、任务响应时间分析、优先级分配策略、锁优化

实时性WCET优化

调试与性能分析

Tracealyzer工具、任务栈使用监控、CPU负载统计、日志系统设计

调试TraceCPU负载

固件升级(OTA)

引导加载程序设计、差分升级、回滚机制、安全校验

OTA引导安全

加密算法集成、安全启动、访问控制列表、防篡改设计

安全加密启动

系统集成测试

单元测试框架、硬件在环测试、压力测试、回归测试

测试HIL回归

实战项目：智能网关设计

需求分析、任务划分、协议栈集成、性能调优、文档编写

实战网关综合