AVR单片机实时操作系统移植：提升系统响应能力，让单片机“飞”起来

# 1. AVR单片机简介

AVR单片机是Atmel公司推出的一系列8位RISC微控制器，以其高性能、低功耗和丰富的外设资源而著称。AVR单片机广泛应用于嵌入式系统中，例如工业控制、汽车电子和消费电子等领域。

AVR单片机的核心是哈佛架构，程序存储器和数据存储器是分开的。AVR单片机采用流水线设计，可以实现单周期指令执行。AVR单片机还集成了丰富的片上外设，例如定时器、计数器、ADC和DAC等，为嵌入式系统开发提供了便利。

# 2. 实时操作系统基础

### 2.1 实时操作系统的概念和特点

**概念：**
实时操作系统（RTOS）是一种专门为嵌入式系统设计的操作系统，其主要目的是为应用程序提供一个可预测且实时的执行环境。

**特点：**

- **可预测性：**RTOS确保应用程序在预定义的时间范围内执行，即使系统负载很高。
- **实时性：**RTOS响应外部事件（如中断）并执行相应的任务，确保及时处理。
- **并发性：**RTOS允许多个任务同时执行，提高系统的效率。
- **可靠性：**RTOS提供故障处理机制，确保系统在发生错误时保持稳定。
- **低开销：**RTOS的内核通常很小，具有很低的开销，适合资源受限的嵌入式系统。

### 2.2 实时操作系统架构和调度算法

**架构：**
RTOS通常采用微内核架构，其中内核只提供基本服务，如任务调度和中断处理。应用程序和设备驱动程序作为独立的任务运行，与内核交互。

**调度算法：**
调度算法决定了任务执行的顺序。常见的调度算法包括：

- **优先级调度：**根据任务的优先级分配CPU时间，优先级高的任务优先执行。
- **轮询调度：**任务轮流执行，每个任务分配一个固定的时间片。
- **时间片轮询调度：**结合了优先级调度和轮询调度，优先级高的任务获得更长的时间片。
- **抢占式调度：**当一个高优先级任务出现时，可以抢占正在执行的低优先级任务。

**调度算法选择：**
调度算法的选择取决于系统的具体需求。优先级调度适用于对实时性要求高的系统，而轮询调度适用于对公平性要求高的系统。

**代码示例：**

// 任务优先级定义
#define TASK_PRIORITY_HIGH 10
#define TASK_PRIORITY_LOW 5

// 任务创建
TaskHandle_t taskHandle1;
TaskHandle_t taskHandle2;
xTaskCreate(task1, "Task1", 1024, NULL, TASK_PRIORITY_HIGH, &taskHandle1);
xTaskCreate(task2, "Task2", 1024, NULL, TASK_PRIORITY_LOW, &taskHandle2);

// 任务调度
while (1) {
  // 执行任务
  vTaskDelay(100);
}

**逻辑分析：**
这段代码定义了两个任务的优先级，创建了两个任务，并使用轮询调度算法调度任务。任务1具有较高的优先级，因此在系统负载高时将优先执行。

# 3. FreeRTOS移植到AVR单片机

### 3.1 FreeRTOS简介和移植准备

#### FreeRTOS简介

FreeRTOS是嵌入式实时操作