嵌入式实时操作系统架构设计精讲 · 课程目录

实时系统定义 · RTOS与GPOS区别 · FreeRTOS/uCOS/RT-Thread · 选型考量

任务管理基础

任务状态机 · TCB · 任务优先级 · 创建与删除

任务调度算法

优先级抢占 · 时间片轮转 · 协作式调度 · 调度点分析

任务切换机制

PendSV异常 · 上下文保存/恢复 · 栈帧结构 · 切换优化

临界区与同步

关中断 · Mutex/Spinlock · 优先级反转 · 优先级继承

信号量机制

二值/计数/互斥信号量 · 实现原理 · 典型应用

队列数据结构 · 阻塞/非阻塞 · 同步机制 · 多生产者/消费者

事件标志组

事件标志位 · 与/或触发 · 等待超时 · 与信号量对比

软件定时器

定时器状态机 · 回调上下文 · 精度与抖动 · 硬件定时器复用

静态内存池 · 动态分配 · 碎片问题 · MPU

中断嵌套 · 优先级映射 · 中断延迟 · 零延迟中断

时钟与时间管理

系统节拍Tick · 绝对/相对时间 · 时间片调度 · 高精度延时

任务间通信综合

管道 · 邮箱 · 共享内存 · RPC · 通信选型指南

低功耗设计

Tickless模式 · 休眠唤醒 · 功耗管理 · 典型场景

多核RTOS架构

SMP/AMP · 核间通信IPC · 缓存一致性 · 原子操作

RTOS启动流程

芯片初始化 · BSP · 内核初始化 · 应用任务创建 · 调度器启动

任务栈管理

栈空间计算 · 栈溢出检测 · 回溯Backtrace · 使用率监控

实时性能分析

任务响应时间 · WCET · 调度延迟 · 性能基准测试

调试与追踪

断言 · 日志(printf/RTT) · Tracealyzer · GDB调试

安全关键系统

MISRA-C · 静态分析 · 故障隔离 · 看门狗与健康监控

文件系统集成

FATFS适配 · 文件系统同步 · NAND/NOR管理 · 掉电保护

网络协议栈

LwIP集成 · Socket API · 多任务网络 · 零拷贝收发

USB Host/Device · 类驱动(HID/MSC/CDC) · DMA · 中断处理

GUI系统集成

LVGL/emWin适配 · 多任务渲染 · 触摸输入 · 帧缓冲管理

Bootloader设计

双分区OTA · 固件签名 · 回滚机制 · 安全启动链

虚拟化与容器

RTOS on Hypervisor · Unikernel · Zephyr虚拟化 · 资源隔离

Tock OS架构 · 内存安全 · 所有权模型 · 驱动开发

自动化测试

Unity/CMock · 硬件在环HIL · 持续集成CI

RTOS性能优化

内联汇编 · Cache预取 · 分支预测 · 编译器优化

智能家居网关 · 工业控制器 · 无人机飞控 · 可穿戴设备