RT-Thread 3.0 发布之际，创始人首谈其设计理念
发布于 2017-09-13 10:24:11 | 138 次阅读 | 评论: 0 | 来源: 网友投递
RT-Thread 国产实时操作系统
实时线程操作系统（RT-Thread） 是一款主要由中国开源社区主导开发的开源实时操作系统（许可证GPLv2）。实时线程操作系统不仅仅是一个单一的实时操作系统内核，它也是一个完整的应用系统，包含了实时、嵌入式系统相关的各个组件：TCP/IP协议栈，文件系统，libc接口，图形用户界面等。
1. 源自“简单、唯美”的设计理念
诞生于2006年的RT-Thread，最初源于对当时小型RTOS现状的诸多不满。最令人印象深刻的是彼时不同RTOS混乱的命名风格——如果那个时候有一份类似Linux/Unix风格的小型RTOS，也许就没有现在的RT-Thread了。细想起来，正是这一想法成为了RT-Thread创作的一个重要契机。
长期浸润于开源社区，我早已经习惯了Linux/Unix的风格：编程时几乎都以小写命名、以下划线来连接不同的单词——直到现在，我依然认为只有这样的代码阅读起来才谈得上舒服——相信很多人会有类似的感受吧。真正开始动手后，RT-Thread试图遵循更多Linux/Unix优雅、明快的风格——从划分清模块开始，一点一点理清模块、梳理命名——力图保持“程序的简洁”和“脉络的清晰”：小到变量、函数，大到源文件、模块无一不遵守统一的风格。
只做一件事情，并把它做好，而不逾越雷池一步——Do one thing and do it well. 这也是人们常说的“简单、唯美”。这逐渐形成了RT-Thread的设计理念，RT-Thread要做一个精致而优雅的操作系统。
2. 从“0.3”到 “2.1.0”
2010.04.17 0.3.0版本
因为开源理念早就扎根于心，期待同类开发者们更多的分享、交流，所以很早的时候RT-Thread就以社区化、开放方式推进。下面的框图就是当时放于Goolge Code上发布的第一个版本：RT-Thread 0.3.0。后续由于Google Code关闭，转而放到github，持续到现在（国内是放在OSChina的码云上）。
图一：RT-Thread 0.3.0 结构框图
0.3.0版是基础设施的搭建阶段：内核、文件系统、网络协议栈和命令行环境的雏形在这个时候已初具端倪。
2011.12.31 1.0.0 ～ 1.2.0版本
紧接着0.3.0版的发布，0.4.0版的开发几乎立即就开始了。当时我们基本保持着一个稳定版本，新特性完全冻结，以bug修正为主；另一个版本，以添加新功能，向着下一个方向推进的方式进行。通过这样的方式可以快速推进、迭代，同时也不失稳定性及后向的兼容性。在0.4.0版本经过数个版本迭代，成为正式版之际，我们宣布发布RT-Thread 1.0.0正式版本。1.0.0正式版本也意味着：RT-Thread不光具备一个嵌入式实时操作系统所必需的全部基本功能，它的稳定性也达到了商用级别。
随着RT-Thread支持的芯片和平台越来越多，如何有效组织工程变成了一个非常棘手的问题。大多数做法是使用Makefile，但对于不同的桌面开发平台，Makefile表现得并不那么友好（例如Windows平台），同时Makefile变化多样、晦涩难懂的语义也导致掌握它有一定门槛。这个时候使用Python语言实现的scons工具进入到我们的视野中来。从服务开发者角度出发，最终基于scons搭建的RT-Thread构建系统不仅提供了Windows、Linux和MAC下统一的用户体验，同时也针对不同集成开发环境（IDE）按照配置情况，生成对应的工程文件，这样开发者可以选择最习惯，最顺手的集成开发环境。
应该说RT-Thread 1.x系列已经是一个相对成熟的嵌入式实时操作系统。在一个系统平台上开发代码，另外一个必须要考虑的是软件代码的可维护性。简单、松耦合的设计是软件代码可维护性的一方面，而另一方面是跨平台的软件代码可维护性。如果为了实现一样或相类似的功能，针对Linux、RTOS分别要维护两个版本，这个工作量几乎要翻倍了。
在最初设计时，针对文件系统、网络协议栈，RT-Thread都希望用最标准、开放的方式提供API服务接口，甚至是RT-Thread也支持了完整的PThreads接口，使得POSIX 线程和RT-Thread 线程得以无缝结合，用户不再需要为他的代码额外维护另外一个版本。
抽象外设驱动，形成简单、独立模块。一份BSP移植主要的工作是两个方面，芯片架构移植和外设支持。在RT-Thread逐步的演进过程中，发现当更换芯片时，大部分外设驱动有很大一部分代码是一样的。例如针对串口，基本上都会有一份软件上的环形缓冲区（RingBuffer）。这个时候把这些公共的部分提取出来，抽象封装形成一份面向设备的驱动，而驱动底层则只需要简单地实现芯片具体相关的操作接口（ops）就可以了。Device Drivers组件就是这样逐渐演变出来的，到目前已经包括串口，网口，IIC，SPI，RTC，WDT，Audio，USB等一系列的抽象设备模型，为方便支持不同的芯片、板卡节省下大量的时间。
2015.02.02 2.0.0 ～ 2.1.0版本
在嵌入式市场中，实时Linux是很早的一支。但因为Linux天生架构的问题，要想获得高实时性并没那么容易，或者说Linux本身这套架构并不适合高实时性应用。另外市场上多核处理器（SMP对称处理器或AMP异构处理器）也逐渐应用到嵌入式系统领域。
在这个背景下，RT-Thread也在探索如何让RT-Thread成为Linux的有益补充。基于RT-Thread自身简单、独立的设计考虑，RT-Thread实现了支持双操作系统协同工作的虚拟总线组件（VBUS），能够让双方进行相互的数据通信，而并不会把一些实时性问题和Linux纠缠在一起。
追求更好的设计，重构，甚至推翻重新设计。随着智能机的普及，用户的操作体验已然不是键盘/鼠标式的PC风格所能满足，更多的是以轻触，滑动，拖拽，缩放等为代表的触控方式。与之对应，嵌入式GUI技术出现了翻天覆地的变化，而RT-Thread原有的以C语言模拟面向对象技术进行开发的rtgui在代码简洁性、可读性和实用性上也难以满足需求——简单来说，由触控GUI带来的面向对象需求，虽然使用C语言能够实现，但太过繁琐、复杂，和我们一直以来追求的简洁之美背道而驰。思考再三，我们决定依照现代化GUI风格重写GUI组件，以C++为基础，支持多点触摸，提供类似signal/slot信号槽的使用方式，包括各种动画特效等……这一支持界面动画效果的全新GUI，我们称之为柿饼（Persimmon）。
图二：Persimmon结构框图
简单，唯美”，搭建高可伸缩性系统
从0.3.0到2.1.0，都是建立在“简单、唯美”的设计理念基础之上。再配合scons构建工具，从而让RT-Thread成为一个高可伸缩性的系统：最小可以到2.5KB ROM，1KB RAM的nano系统；也可无缝延伸到功能丰富的，针对ARM9、ARM11、MIPS32等处理器，具备现代GUI风格，或多媒体功能的全功能版本。
图三：从小型系统到全功能系
3. IoT，RT-Thread 3.0
回顾以往的版本，设计一套类似Linux/Unix优雅风格的轻型、可裁剪系统一直是RT-Thread的目标。能够以开源、自由方式在嵌入式系统领域，或者说在Linux和RT-Thread系统之间自由穿梭，自由翱翔……这种感觉非常美妙。
随着万物互联概念的普及，物联网从最初的概念兴起，逐步走到今天的大规模实现和部署阶段，原有的嵌入式系统不再是孤立的系统，将形成一个有机的、联动的整体。这个大背景下， RT-Thread依然沿着自己的理念向着万物互联的IoT大步迈进，我们在RT-Thread的演进过程中不断融合物联网终端系统的新特征和新需求，终于迎来了第一个全新物联网版本的推出， RT-Thread 3.0！针对物联网终端的高度碎片化和低资源占用要求，我们引入专门的配置工具，实现系统的高度可裁剪可定制；基于物联网的多样化通讯和连接方式，我们优化并支持丰富的网络协议和无线连接如WiFi、NB-IoT等。诸如此类，众多优秀新功能的加入使得3.0版本成为物联网芯片的理想选择！
历史版本 :
国内自主物联网操作系统 RT-Thread 3.0.1 发布
国内自主物联网操作系统 RT-Thread 3.0 发布
RT-Thread 3.0 发布之际，创始人首谈其设计理念