在万物智联的时代,嵌入式系统已成为智能设备的“神经中枢”,而实时操作系统(RTOS)正是其高效运行的基石。RT-Thread作为国产自主可控的嵌入式RTOS佼佼者,凭借轻量、高可靠、强扩展的特性,广泛应用于工业控制、物联网、智能硬件等领域。
本书由李胜铭博士领衔创作——这位曾指导学生两夺全国电子设计竞赛最高奖“TI杯”、六次蝉联辽宁省冠军的金牌导师,将其十余年科研竞赛经验凝练为系统性知识图谱。不同于传统理论教材,本书以 “代码即真理” 为核心理念:
直击内核本质:从线程调度到内存管理,逐行解析RT-Thread源码设计思想;
实战贯穿始终:每章配套Keil-MDK工程实例,覆盖消息队列、定时器、IPC通信等关键组件;
突破能力边界:通过综合项目开发,培养从模块调试到系统集成的工程思维。
无论您是高校学生、竞赛选手,还是嵌入式工程师,本书将助您:
掌握RTOS底层机制——理解实时性保障、资源调度等核心原理;
快速开发复杂系统——复用书中实验框架,缩短产品研发周期;
打通产学鸿沟——借鉴作者产学研融合经验(如TI/ST联合实验室技术方案)。
翻开本书,您将踏上一场从原理剖析到创新实践的深度之旅,见证一行行代码如何构筑智能世界的坚实底座!
01
内容简介
Content Summary
本书结合理论和实践,从源码出发,较全面地讲解RT-Thread的功能组件和实现原理。本书主要内容包含以下几个方面:嵌入式实时操作系统的基本概念、RT-Thread的特性和配置方法、线程的使用及管理、软件定时器(包括SOFT定时器和HARD定时器)、各种IPC模块(消息队列、信号量、互斥量、邮箱、事件)、内存管理(内存堆与内存块)、CPU利用率及计算,最后使用一些模块设计了一个较为综合的工程实例。本书在讲解RT-Thread内核结构和使用思路的同时,在每章末尾均设计了针对每个功能组件的实例,供读者参考。书中的程序设计开发均基于Keil-MDK平台。本书以培养读者对操作系统基本组成的理解、嵌入式软件开发能力为目标,将理论与实践相结合,适合作为高等院校开展嵌入式操作系统及相关课程教学的教材,也可以作为高等院校计算机、自动化、电气工程、电子信息类等专业操作系统的教材,还可供相关领域的工程技术人员学习、参考。
02
目录
Table of Contents
第1章 概述
1.1 嵌入式实时操作系统的基本概念
1.1.1 什么是嵌入式实时操作系统
1.1.2 嵌入式实时操作系统的功能
1.1.3 嵌入式实时操作系统的基本原理
1.2 常见嵌入式实时操作系统简介
1.2.1 μC/OS简介
1.2.2 FreeRTOS简介
1.2.3 RT-Thread简介
1.3 嵌入式实时操作系统的第一个实例
1.3.1 软硬件平台简介
1.3.2 基于STM32CubeMX的RT-Thread基础实例
1.3.3 基于MDK的RT-Thread基础实例
1.3.4 关于main()函数
1.4 rt_kprintf()函数
1.5 小结与思考
第2章 线程
2.1 线程的作用与创建
2.1.1 线程的作用
2.1.2 线程的创建与初始化
2.1.3 静态线程与动态线程
2.1.4 线程的启动
2.1.5 单线程实例
2.2 线程的管理
2.2.1 线程的状态迁移与常见的线程函数
2.2.2 多线程管理实例
2.3 小结与思考
第3章 时间管理与中断
3.1 操作系统时间管理
3.1.1 操作系统时钟
3.1.2 时间片与延时
3.1.3 软件定时器
3.1.4 常用函数介绍
3.1.5 SOFT定时器与HARD定时器
3.1.6 时钟实验
3.2 操作系统中断
3.2.1 操作系统中断的基本概念
3.2.2 中断处理过程与机制
3.2.3 中断延迟与应用场景
3.2.4 中断实验
3.3 小结与思考
第4章 消息队列
4.1 消息队列简介
4.2 消息队列的运作机制
4.2.1 消息队列的组成与结构
4.2.2 消息队列相关操作函数
4.3 注意事项
4.4 消息队列实验
4.5 小结与思考
第5章 信号量与互斥量
5.1 信号量与互斥量简介
5.2 信号量
5.2.1 信号量控制块
5.2.2 相关函数简介
5.2.3 注意事项(并过渡至五斥量)
5.3 互斥量
5.3.1 互斥量控制块
5.3.2 相关函数简介
5.3.3 注意事项
5.4 信号量实验
5.5 互斥量实验
5.6 小结与思考
第6章 事件与邮箱
6.1 事件与邮箱简介
6.1.1 事件简介
6.1.2 邮箱简介
6.2 事件
6.2.1 事件控制块
6.2.2 相关函数简介
6.3 邮箱
6.3.1 邮箱结构体
6.3.2 相关函数简介
6.3.3 注意事项
6.4 事件实验
6.5 邮箱实验
6.6 小结与思考
第7章 内存管理
7.1 内存管理简介
7.1.1 存储空间简介
7.1.2 存储空间布局
7.1.3 堆栈
7.2 内存管理简介
7.3 RT-Thread的内存管理
7.4 内存堆管理
7.4.1 小内存管理算法
7.4.2 slab内存管理算法
7.4.3 memheap内存管理算法
7.4.4 内存堆管理相关函数
7.5 内存池管理
7.5.1 内存池简介
7.5.2 内存池控制块
7.5.3 内存池的链表结构
7.5.4 内存池相关函数
7.6 内存管理实验
7.6.1 内存堆管理实验
7.6.2 内存池管理实验
7.7 小结与思考
第8章 CPU利用率
8.1 CPU利用率和CPU利用率计算
8.1.1 CPU利用率简介
8.1.2 RT-Thread中的CPU利用率计算
8.2 CPU利用率实例
8.3 小结与思考
第9章 综合实例
9.1 问题简述
9.2 问题分析
9.3 程序实例
9.4 小结与思考
03
作者简介
Author's Biography
李胜铭博士 高级工程师 大连理工大学创新创业学院创新中心主任,创新实验中心副主任,机甲大师战队、无人机工坊、嵌入式智能系统实验室负责人
研究方向:嵌入式系统、深度学习(小样本、网络压缩)
主持与承担国家自然科学基金青年项目、面上项目、国家重点研发计划、教育部产学合作等课题30余项,发表SCI、EI、核心论文等30余篇,申请专利32项,已授权专利14项,软件著作权24项,主编专著、教材6本。指导学生参加互联网+、电子设计、智能汽车等A类竞赛获全国一等奖60余项,省一等奖以上300余项。其中全国大学生电子设计竞赛2015与2019获全国唯一最高奖“瑞萨杯”、“TI杯”(始于1994,2年一届,最具影响力与含金量电子类赛事;2019年参赛规模:1109所高校、17313支代表队,近52000名学生,一等奖比例1.7%);2012-2022获辽宁省唯一最高奖“TI杯”(偶数年举办,6次蝉联)。获全国大学生电子设计竞赛 30 周年突出贡献个人、中国高校机器人教学创新大赛全国一等奖等国家级荣誉 40 余项。
04
推荐理由
Content Summary
源码级深度剖析:逐层拆解RT-Thread内核机制,结合实例揭示设计思想。
强实践导向:每章配套实验案例(如线程调度、IPC通信、内存管理),代码基于Keil-MDK可快速复现。
综合工程牵引:第9章融合多模块开发完整项目,培养系统级设计能力。
权威作者背书:作者为嵌入式领域顶尖教育者,成果覆盖学术、产业、竞赛三领域。
05
适用人群
Target Audience
高校师生:计算机/自动化/电子信息类专业操作系统课程教材
竞赛学生:备战电子设计/智能汽车/机器人竞赛的实践指南
工程师:嵌入式开发人员进阶实时系统开发的参考手册
研究者:需理解RTOS原理及定制化开发的科研人员
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