內容簡介

本書由自研開源嵌入式實時操作系統RT-Thread核心作者撰寫，專業性毋庸置疑，系統剖析嵌入式系統核心設計與實現，掌握物聯網操作系統精髓。

本書分為兩大部分，共16章，第1～10章為內核篇；第11～16章為組件篇。內核篇（第1～10章）詳解RT-Thread內核，先對RT-Thread進行總體介紹，再分別介紹RT-Thread的核心技術——線程管理、時鐘管理、線程間同步、線程間通信、內存管理、中斷管理與內核移植。組件篇（第11～16章）分別介紹Env開發環境、FinSH控制台、設備管理、文件系統和網路框架。各章均有配套示例，方便讀者動手實踐和參考。

作者介紹

邱禕，睿賽德科技聯合創始人。從2006年在校時起參與開發RT-Thread開源操作系統，和中國國內優秀的工程師一起將RT-Thread從零發展起來，RT-Thread被廣泛應用於能源、車載、醫療、消費電子等眾多行業，成為國人自主開發、成熟穩定和裝機量大的開源嵌入式操作系統。

熊譜翔，睿賽德科技創始人兼CEO，于2006年創立了RT-Thread開源操作系統，並以開源社區的形式，帶領中國國內優秀的工程師，以從無到有的方式，融入實時面向對象設計開發了RT-Thread自主操作系統內核，及大量周邊成熟、穩定軟體組件，如文件系統、命令行、圖形用戶界面等。

朱天龍（Armink），睿賽德科技技術總監，負責RT-Thread物聯網組件的研發，前沿技術探索及團隊管理。曾任職於國內某知名醫療設備企業，擔任研發部門經理要職，主導多個項目的研發實施和量產，並獲得10余項國家發明專利。擁有近10年RT-Thread開發經驗。他也是一位嵌入式開源極客，分享開源了EasyLogger、EasyFlash、CmBacktrace等數個活躍度極高的開源軟體。

前言
第一篇內核篇
第1章嵌入式即時操作系統2
1.1嵌入式系統3
1.2即時系統4
1.3嵌入式即時操作系統6
1.3.1主流嵌入式即時操作系統7
1.3.2發展趨勢8
1.4本章小結8
第2章瞭解與快速上手RT-Thread9
2.1RT-Thread概述9
2.2RT-Thread的架構10
2.3RT-Thread的獲取11
2.4RT-Thread快速上手12
2.4.1準備環境13
2.4.2初識RT-Thread16
2.4.3跑馬燈的例子20
2.5本章小結21
第3章內核基礎22
3.1RT-Thread內核介紹22
3.2RT-Thread啟動流程24
3.3RT-Thread程式記憶體分佈26
3.4RT-Thread自動初始化機制28
3.5RT-Thread內核對象模型29
3.5.1靜態物件和動態物件29
3.5.2內核對象管理架構31
3.5.3物件控制塊33
3.5.4內核對象管理方式34
3.6RT-Thread內核配置示例36
3.7常見巨集定義說明38
3.8本章小結39
第4章執行緒管理40
4.1執行緒管理的功能特點40
4.2執行緒的工作機制41
4.2.1執行緒控制塊41
4.2.2執行緒的重要屬性42
4.2.3執行緒狀態切換45
4.2.4系統執行緒46
4.3執行緒的管理方式46
4.3.1創建和刪除執行緒47
4.3.2初始化和脫離執行緒48
4.3.3啟動執行緒49
4.3.4獲得當前執行緒50
4.3.5使執行緒讓出處理器資源50
4.3.6使執行緒睡眠50
4.3.7掛起和恢復執行緒51
4.3.8控制執行緒52
4.3.9設置和刪除空閒鉤子52
4.3.10設置調度器鉤子53
4.4執行緒應用示例53
4.4.1創建執行緒示例54
4.4.2執行緒時間片輪轉調度示例56
4.4.3執行緒調度器鉤子示例57
4.5本章小結59
第5章時鐘管理60
5.1時鐘節拍60
5.1.1時鐘節拍的實現方式60
5.1.2獲取時鐘節拍61
5.2計時器管理62
5.2.1RT-Thread計時器介紹62
5.2.2計時器的工作機制63
5.2.3計時器的管理方式65
5.3計時器應用示例69
5.4高精度延時72
5.5本章小結73
第6章執行緒間同步74
6.1信號量75
6.1.1信號量的工作機制75
6.1.2信號量控制塊75
6.1.3信號量的管理方式76
6.1.4信號量應用示例79
6.1.5信號量的使用場合85
6.2互斥量87
6.2.1互斥量的工作機制87
6.2.2互斥量控制塊89
6.2.3互斥量的管理方式89
6.2.4互斥量應用示例92
6.2.5互斥量的使用場合97
6.3事件集97
6.3.1事件集的工作機制97
6.3.2事件集控制塊98
6.3.3事件集的管理方式99
6.3.4事件集應用示例101
6.3.5事件集的使用場合104
6.4本章小結104
第7章執行緒間通信105
7.1郵箱105
7.1.1郵箱的工作機制105
7.1.2郵箱控制塊106
7.1.3郵箱的管理方式106
7.1.4郵箱使用示例110
7.1.5郵箱的使用場合112
7.2訊息佇列113
7.2.1訊息佇列的工作機制113
7.2.2訊息佇列控制塊114
7.2.3訊息佇列的管理方式115
7.2.4訊息佇列應用示例118
7.2.5訊息佇列的使用場合121
7.3信號123
7.3.1信號的工作機制123
7.3.2信號的管理方式124
7.3.3信號應用示例126
7.4本章小節128
第8章記憶體管理129
8.1記憶體管理的功能特點129
8.2記憶體堆管理130
8.2.1小記憶體管理演算法131
8.2.2slab管理演算法132
8.2.3memheap管理演算法133
8.2.4記憶體堆配置和初始化134
8.2.5記憶體堆的管理方式134
8.2.6記憶體堆管理應用示例136
8.3記憶體池138
8.3.1記憶體池的工作機制139
8.3.2記憶體池的管理方式140
8.3.3記憶體池應用示例143
8.4本章小結145
第9章中斷管理146
9.1Cortex-MCPU架構基礎146
9.1.1寄存器介紹147
9.1.2操作模式和特權級別148
9.1.3嵌套向量中斷控制器148
9.1.4PendSV系統調用149
9.2RT-Thread中斷工作機制149
9.2.1中斷向量表149
9.2.2中斷處理過程151
9.2.3中斷嵌套153
9.2.4中斷棧154
9.2.5中斷的底半處理154
9.3RT-Thread中斷管理介面156
9.3.1中斷服務程式掛接157
9.3.2中斷源管理158
9.3.3全域中斷開關158
9.3.4中斷通知160
9.4中斷與輪詢161
9.5全域中斷開關使用示例162
9.6本章小結164
第10章內核移植165
10.1CPU架構移植165
10.1.1實現全域中斷開關166
10.1.2實現執行緒棧初始化167
10.1.3實現上下文切換168
10.1.4實現時鐘節拍174
10.2BSP移植175
10.3內核移植示例175
10.3.1準備裸機工程176
10.3.2建立RT-Thread工程177
10.3.3實現時鐘管理179
10.3.4實現控制台輸出180
10.3.5實現動態堆記憶體管理181
10.3.6移植到更多開發板183
10.4本章小結184

第二篇元件篇
第11章Env輔助開發環境186
11.1Env簡介186
11.2Env的功能特點187
11.3Env工程構建示例189
11.4構建更多MDK工程196
11.4.1創建外設示例工程196
11.4.2創建檔案系統示例工程198
11.4.3創建網路示例工程202
11.5本章小結206
第12章FinSH控制台207
12.1FinSH介紹207
12.2FinSH內置命令209
12.2.1顯示執行緒狀態210
12.2.2顯示信號量狀態210
12.2.3顯示事件狀態210
12.2.4顯示互斥量狀態210
12.2.5顯示郵箱狀態211
12.2.6顯示訊息佇列狀態211
12.2.7顯示記憶體池狀態211
12.2.8顯示計時器狀態212
12.2.9顯示裝置狀態212
12.2.10顯示動態記憶體狀態212
12.3自訂FinSH命令213
12.3.1自訂msh命令213
12.3.2自訂C-Style命令和變數213
12.3.3自訂命令重命名214
12.4FinSH功能配置214
12.5FinSH應用示例216
12.5.1自訂msh命令示例216
12.5.2帶參數的msh命令示例217
12.6本章小結218
第13章I/O設備管理219
13.1I/O設備介紹219
13.1.1I/O設備管理框架219
13.1.2I/O設備模型221
13.1.3I/O設備類型222
13.2創建和註冊I/O設備223
13.3訪問I/O設備226
13.3.1查找設備226
13.3.2初始化設備227
13.3.3打開和關閉設備227
13.3.4控制設備228
13.3.5讀寫設備229
13.3.6資料收發回檔229
13.3.7設備訪問示例230
13.4本章小結231
第14章通用外設介面232
14.1UART串口232
14.1.1串口設備管理233
14.1.2創建和註冊串口設備233
14.1.3訪問串口設備235
14.1.4串口設備使用示例235
14.2GPIO237
14.2.1PIN設備管理238
14.2.2創建和註冊PIN設備238
14.2.3訪問PIN設備239
14.2.4PIN設備使用示例242
14.3SPI匯流排243
14.3.1SPI設備管理244
14.3.2創建和註冊SPI匯流排設備246
14.3.3創建和掛載SPI從設備247
14.3.4訪問SPI從設備249
14.3.5特殊使用場景254
14.3.6SPI設備使用示例255
14.4I2C匯流排256
14.4.1I2C設備管理258
14.4.2創建和註冊I2C匯流排設備258
14.4.3訪問I2C設備259
14.4.4I2C設備應用示例260
14.5運行設備應用示例263
14.5.1運行PIN設備示例264
14.5.2運行SPI設備示例265
14.5.3運行I2C設備示例266
14.5.4運行串口設備示例266
14.6本章小結267
第15章虛擬檔案系統268
15.1DFS介紹268
15.1.1DFS架構269
15.1.2POSIX介面層269
15.1.3虛擬檔案系統層270
15.1.4設備抽象層270
15.2檔案系統掛載管理271
15.2.1DFS組件初始化271
15.2.2註冊檔案系統271
15.2.3將存放裝置註冊為塊設備271
15.2.4格式化檔案系統272
15.2.5掛載檔案系統273
15.2.6卸載檔案系統273
15.3文件管理273
15.3.1打開和關閉文件273
15.3.2讀寫數據274
15.3.3重命名275
15.3.4獲取狀態275
15.3.5刪除檔275
15.3.6同步檔資料到存放裝置276
15.3.7查詢檔案系統相關資訊276
15.3.8監視I/O設備狀態276
15.4目錄管理277
15.4.1創建和刪除目錄277
15.4.2打開和關閉目錄277
15.4.3讀取目錄278
15.4.4獲取目錄流的讀取位置278
15.4.5設置下次讀取目錄的位置278
15.4.6重設讀取目錄的位置為開頭位置279
15.5DFS功能配置279
15.6DFS應用示例279
15.6.1準備工作280
15.6.2讀寫文件示例283
15.6.3更改檔案名稱示例284
15.6.4獲取檔狀態示例285
15.6.5創建目錄示例286
15.6.6讀取目錄示例286
15.6.7設置讀取目錄位置示例287
15.7本章小結289
第16章網路框架290
16.1TCP/IP網路通訊協定簡介290
16.1.1OSI參考模型290
16.1.2TCP/IP參考模型291
16.1.3TCP/IP參考模型和OSI參考模型的區別291
16.1.4IP地址292
16.1.5子網路遮罩292
16.1.6MAC地址292
16.2RT-Thread網路框架介紹292
16.3網路框架工作流程294
16.3.1網路通訊協定簇註冊294
16.3.2網路資料接收流程295
16.3.3網路資料發送流程296
16.4網路通訊端程式設計296
16.4.1TCPsocket通信流程296
16.4.2UDPsocket通信流程297
16.4.3創建通訊端298
16.4.4綁定通訊端298
16.4.5建立TCP連接299
16.4.6資料傳輸300
16.4.7關閉網路連接301
16.5網路功能配置302
16.6網路應用示例303
16.6.1準備工作303
16.6.2TCP用戶端示例306
16.6.3UDP用戶端示例310
16.7本章小結312
附錄Amenuconfig配置選項313
附錄BSCons構建系統317

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