使用 RTIC 构建 RTOS 任务调度：Rust 语言实践
实时操作系统（RTOS）在嵌入式系统中扮演着至关重要的角色，它能够确保系统在规定的时间内完成特定的任务。Rust 语言因其安全性和并发性能，逐渐成为开发 RTOS 的热门选择。RTIC（Real-Time Interrupt-Driven Concurrency）是一个基于 Rust 的 RTOS 框架，它简化了任务调度和中断处理的复杂性。本文将围绕 RTIC 框架，探讨如何使用 Rust 语言构建一个简单的 RTOS 任务调度系统。
RTIC 简介
RTIC 是一个用于构建实时操作系统的框架，它利用 Rust 语言的零成本抽象和并发特性，为开发者提供了一种简单、高效的方式来管理任务和中断。RTIC 的核心思想是使用中断来驱动任务执行，从而实现高效的并发处理。
环境准备
在开始之前，确保你已经安装了 Rust 和 Cargo（Rust 的包管理器和构建工具）。以下是一个简单的 RTIC 项目结构：
rtic_project/
├── Cargo.toml
├── src/
│ ├── main.rs
│ ├── tasks/
│ │ ├── task1.rs
│ │ └── task2.rs
│ └── interrupts/
│ └── interrupt.rs
创建项目
创建一个新的 Rust 项目：
sh
cargo new rtic_project
cd rtic_project
配置 Cargo.toml
编辑 `Cargo.toml` 文件，添加 RTIC 和其他依赖项：
toml
[package]
name = "rtic_project"
version = "0.1.0"
edition = "2021"
[dependencies]
rtic = { version = "0.7", features = ["rtic-core"] }
定义任务和中断
在 `src/tasks` 目录下创建两个任务文件 `task1.rs` 和 `task2.rs`，以及一个中断文件 `interrupt.rs`。
task1.rs
rust
use rtic::app;
[app(device = lm3s6965)]
struct App {
// 任务状态
led: bool,
}
[init]
fn init(ctx: init::Context) -> (Core, init::Peripherals,()) {
// 初始化任务状态
let mut led = false;
// 返回初始化后的核心和外设
(Core::peripheral(), init::Peripherals::new(), ())
}
fn task1(ctx: task1::Context) {
// 任务逻辑
ctx.core.DWTCYCCNT = 0;
while ctx.core.DWTCYCCNT < 1000000 {
// 空循环，模拟任务执行
}
// 切换 LED 状态
ctx.app.led.toggle();
}
task2.rs
rust
use rtic::app;
[app(device = lm3s6965)]
struct App {
// 任务状态
led: bool,
}
[init]
fn init(ctx: init::Context) -> (Core, init::Peripherals,()) {
// 初始化任务状态
let mut led = false;
// 返回初始化后的核心和外设
(Core::peripheral(), init::Peripherals::new(), ())
}
fn task2(ctx: task2::Context) {
// 任务逻辑
ctx.core.DWTCYCCNT = 0;
while ctx.core.DWTCYCCNT < 2000000 {
// 空循环，模拟任务执行
}
// 切换 LED 状态
ctx.app.led.toggle();
}
interrupt.rs
rust
use rtic::app;
[app(device = lm3s6965)]
struct App {
// 任务状态
led: bool,
}
[init]
fn init(ctx: init::Context) -> (Core, init::Peripherals,()) {
// 初始化任务状态
let mut led = false;
// 返回初始化后的核心和外设
(Core::peripheral(), init::Peripherals::new(), ())
}
[interrupt]
fn TIMER0A(ctx: interrupt::Context) {
// 中断逻辑
ctx.app.led.toggle();
}
编译和运行
在项目根目录下，运行以下命令编译和运行项目：
sh
cargo run --target lm3s6965
编译完成后，你将看到两个任务交替执行，同时 LED 状态也会交替变化。
总结
本文介绍了如何使用 RTIC 框架和 Rust 语言构建一个简单的 RTOS 任务调度系统。通过定义任务和中断，我们实现了任务之间的并发执行和中断驱动的任务调度。RTIC 框架为开发者提供了高效、安全的 RTOS 开发体验，使得 Rust 语言在嵌入式系统领域具有更大的应用潜力。
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