裸机开发模式

裸机开发时通常把程序分为两个部分：前台系统和后台系统。
后台系统包含一个无限循环的大循环，循环中调用API函数完成所需的操作。
前台系统通过若干个中断服务程序用于处理系统的异步事件。
一般地，前台是中断级，后台是任务级。

基于操作系统的开发模式

使用操作系统设计程序时，RTOS的内核负责管理所有的任务，内核决定了运行哪个任务，何时停止当前任务切换到其他任务，这个是内核的多任务管理能力。

多任务管理给人的感觉就好像芯片有多个CPU，多任务管理实现了CPU资源的最大化利用，多任务管理有助于实现程序的模块化开发，能够实现复杂的实时应用。

以下从并发性、模块化、实时性、代码复用性、组件丰富性五个方面对裸机开发与RTOS开发模式进行对比。

• 并发性
  裸机开发：在写裸机软件时，不可避免的在主程序中会有一个超级大的 while(1) 循环，这里面几乎包含整个项目的所有业务逻辑。因为每个业务逻辑里面都会有 delay 这样的循环等待函数，这样导致了所有的业务逻辑几乎都是串行起来工作的。这个时候 CPU 就会有很多时间都浪费在了延时函数里，一直在空转，导致软件的并发效率差。
  基于OS开发：各个线程在使用delay/事件等待这类函数时，会自动的让出 CPU 给其他有需要的线程，不仅书写 delay 延时函数省时省力，整个 CPU 的利用率也得到了提高，最终提升并发性。
• 模块化
  裸机开发：从软件工程的角度，开发时都会强调高内聚、低耦合的原则。裸机的模块化开发难度非常大，模块间的耦合较重。还是刚才 main 函数中大 while(1) 的例子，许多功能都紧紧的挤在一个函数里，不可拆分，模块化开发困难重重。再举一个贴切的例子，在使用看门狗的项目中，如果使用 delay 延时函数，那得注意点，万一延时过长，主函数来不及喂狗，看门狗就被触发了。一个简简单单的 delay 还得考虑喂狗功能，由于无法模块化，裸机开发时操的心太多了。
  基于OS开发：使用了操作系统以后，整个软件的工作被拆分成了由多个任务来构成（也会被称为线程），每个线程有自己独立的运行空间，即线程堆栈，这个时候每个线程你玩你的，我做我的，咱们大家互不干涉，模块化程度得到很好的提高。
• 实时性
  裸机开发：软件的实时性在一些领域会有一定的要求，软件的每个步骤必须在指定的时间内被触发。工控领域就是最常见到的场景，如果实时性无法保证，机械设备可能就无法按照指定时序的要求去动作，以至于发生机械事故，甚至会威胁到人的生命。回过来接着看裸机软件，如果软件变得庞大以后，可以想象到，主程序中那么大的一个 while(1) 循环，代码耦合严重，到处都是 delay 延时，要保证实时性几乎是不可能的。
  基于OS开发：各个线程都有不同的优先级别，重要的线程可以设为高优先级，不重要的线程可以降低优先级，做好全局的统筹规划后，这样整个软件的实时性也能得到保证。
• 开发效率及复用性（代码复用性）
  裸机开发：可复用性与模块化程度有直接的关系。没有人愿意做重复性的工作，同样在写代码时，也想着尽可能少写一些功能相似的代码。但由于硬件的碎片化（各式各样的芯片），想要让同样的代码，在裸机环境下同时适配不同的硬件，难度非常大。这样也就导致了裸机的代码会过多的依赖于底层硬件，重复造轮子的过程不可避免。
  基于OS开发：操作系统提供了统一的抽象接口层，对很多常见的软件功能进行了封装、抽象，比如：信号量、事件通知、邮箱、环形缓冲区、单向链表/双向链表等等，这些功能拿来即用，对于开发者非常方便。此外，操作系统通过统一封装一套标准的硬件操作接口（一般称为设备驱动框架）解耦软硬件，让同样的程序可以跑在不同芯片中，解决由于更换芯片带来的重复造轮子问题。
• 组件及中间件（组件丰富性）
  很多高级组件必须得依赖操作系统来实现。比如在各个操作系统上适配一个开源的FreeModbus主机协议栈非常容易，但若尝试着适配裸机时，就会发现难度重重，有一些函数在裸机上实现起来非常复杂，而且针对于不同的裸机环境，几乎没有通用性可言，非常耗费精力。
  生态的丰富带来了量变到质变的过程，使用操作系统所带来的软件可模块化、重用性的提升，也使得我们在做软件开发时，可以封装一套基于操作系统、适合嵌入式的可重用组件，这些组件不仅可以用在自己的项目中，还能开源出来分享给更多有需要的嵌入式开发者，把软件的价值最大化，避免重复造轮子。