再來學習一下RT-Thread的軟件架構

摘要：

學習和使用了RT-Thread有2年多了的時間，最近一直在研究開源項目Matter相關的軟件架構設計，趁此機會，再來溫習一下rt-thread的軟件架構設計。

文章目錄

• 1 寫在前面
• 2 RT-Thread的軟件架構
• • 2.1 RT-Thread的軟件架構示意圖
  • 2.2 RT-Thread的軟件架構解析
  • 2.3 我對RT-Thread的軟件架構圖的理解
• 3 軟件架構之我見
• 4 友情推薦
• 5 文末福利

1 寫在前面

學習和使用了RT-Thread有2年多了的時間，最近一直在研究開源項目Matter相關的軟件架構設計，趁此機會，再來溫習一下RT-Thread的軟件架構設計。

軟件設計這個東西，個人覺得是比較抽象的，我們所能看到的一些軟件架構的定義，是一些做通用的技術場景做了一些高度抽象，提煉出來的概念。所以，我們要深入學習一個開源項目，學習其軟件架構是非常有必要的。

本文，博主就著RT-Thread官方提供的軟件設計框架，再學習學習，順帶結合自己的工作經歷，談一下軟件架構遷移的問題。

2 RT-Thread的軟件架構

2.1 RT-Thread的軟件架構示意圖

從RT-Thread官方的技術文檔中，我們可以得知RT-Thread整一個軟件架構長這樣：

從這個軟件架構圖，我們可以看出，其實我們通常意義說的 RT-Thread軟件架構，這是一個比較宏觀的概念，它不僅僅包含RTOS內核，還包括一些組件和服務層，同時也包括一些常見常用的軟件包。

2.2 RT-Thread的軟件架構解析

以下部分小部分內容摘自RT-Thread技術論壇文檔中心。詳見戳這里：

近年來，物聯網（Internet Of Things，IoT）概念廣為普及，物聯網市場發展迅猛，嵌入式設備的聯網已是大勢所趨。終端聯網使得軟件復雜性大幅增加，傳統的 RTOS 內核已經越來越難滿足市場的需求，在這種情況下，物聯網操作系統（IoT OS）的概念應運而生。**物聯網操作系統是指以操作系統內核（可以是 RTOS、Linux 等）為基礎，包括如文件系統、圖形庫等較為完整的中間件組件，具備低功耗、安全、通信協議支持和云端連接能力的軟件平臺，**RT-Thread 就是一個 IoT OS。

RT-Thread 與其他很多 RTOS 如 FreeRTOS、uC/OS 的主要區別之一是，它不僅僅是一個實時內核，還具備豐富的中間層組件，如下圖所示。

它具體包括以下部分:

• 內核層：RT-Thread 內核，是 RT-Thread 的核心部分，包括了內核系統中對象的實現，例如多線程及其調度、信號量、郵箱、消息隊列、內存管理、定時器等；libcpu/BSP（芯片移植相關文件 / 板級支持包）與硬件密切相關，由外設驅動和 CPU 移植構成。
• 組件與服務層：組件是基于 RT-Thread 內核之上的上層軟件，例如虛擬文件系統、FinSH 命令行界面、網絡框架、設備框架等。采用模塊化設計，做到組件內部高內聚，組件之間低耦合。
• RT-Thread 軟件包：運行于 RT-Thread 物聯網操作系統平臺上，面向不同應用領域的通用軟件組件，由描述信息、源代碼或庫文件組成。RT-Thread 提供了開放的軟件包平臺，這里存放了官方提供或開發者提供的軟件包，該平臺為開發者提供了眾多可重用軟件包的選擇，這也是 RT-Thread 生態的重要組成部分。軟件包生態對于一個操作系統的選擇至關重要，因為這些軟件包具有很強的可重用性，模塊化程度很高，極大的方便應用開發者在最短時間內，打造出自己想要的系統。RT-Thread 已經支持的軟件包數量已經達到 400+，如下舉例：
• 物聯網相關的軟件包：Paho MQTT、WebClient、mongoose、WebTerminal 等等。
• 腳本語言相關的軟件包：目前支持 Lua、JerryScript、MicroPython、PikaScript。
• 多媒體相關的軟件包：Openmv、mupdf。
• 工具類軟件包：CmBacktrace、EasyFlash、EasyLogger、SystemView。
• 系統相關的軟件包：RTGUI、Persimmon UI、lwext4、partition、SQLite 等等。
• 外設庫與驅動類軟件包：RealTek RTL8710BN SDK。
• 其他。

2.3 我對RT-Thread的軟件架構圖的理解

本小節，談一談，我對RT-Thread的軟件架構圖的學習和理解。

a) 從整體上看，RT-Thread的這個軟件架構，很好地做到了層次分明，它把整一個軟件，從功能邏輯上劃分為三個層面：軟件包這個層次、組件或服務包這個層次、內核實現這個層次。

這一點，使我們學習軟件架構設計，必須要掌握的知識點。

每接觸到一個軟件工程，勢必會有不同的邏輯功能，那么如何把這些邏輯功能，通過一定的界線做好層次劃分，這是軟件設計的第一步。如果你還不清晰該如何劃分，可以借鑒一下RT-Thread的設計思路。

b) 在劃分好基本的三大層次之后，開始規劃每一個層次之間的聯系，說白了，就是API的調用關系。

從RT-Thread的設計里面，我們可以看到，通常我們做層級直接的聯系時，需要遵從的一個原則就是不要跨層級調用。

比如如上圖所示：盡量避免軟件包層級調用到內核層太深的API；而應該盡量選擇組件或服務層提供的易用型API。

c) 調用層級清晰后，開始規劃每個層級中平行的模塊關系，拿內核層來說，libcpu模塊是一個對內核提供抽象的CPU接口，同時對下它就勢必要去適配各種不同指令集的CPU。在邏輯架構里面，不同的CPU是一個平行的關系；這也就意味著在設計libcpu的接口時，務必考慮到每個不同CPU的適配兼容性，這其實是一個不小的挑戰。

也就是說在同一個層級里面，其實也有小的上下層級的劃分，只有把這幾個邏輯層次都搞清楚后，軟件架構的層次感就會非常鮮明，這樣的話，在一個層次清晰的軟件架構下編寫代碼，那就是一個字：爽！

以上就是我結合自己的一些思路，提出對RT-Thread軟件框架的學習和體會，不一定全部都是對的，我也是個持續學習者，歡迎大家一同學習和探討。

3 軟件架構之我見

最近我剛好也在學習Matter相關的內容，順帶聊一聊我對Matter軟件架構的看法。

Matter是一個開源的物聯網協議，致力于解決物聯網智能家居領域各大云平臺不互聯互通的難題。

從它的官方倉庫，我們可以看到它的軟件框架張這樣：

這個軟件框架是由海內外的幾個科技巨頭，諸如Google、Apple、亞馬遜、涂鴉、樂鑫等，一起創造設計的。

我覺得從軟件設計的角度上來看，它很好地把底層通訊與應用層邏輯分離開來，而這就是我們軟件設計里面一大很重要的原則：高內聚、低耦合。

要想做到這樣的軟件架構設計，必須對你的軟件項目有足夠的理解，還要有豐富的邏輯抽象能力，對相同的實物做同類的歸納，而不同的實物，做好層次分離，達到概念合理，邏輯清晰的地步。

軟件架構設計是一項需要長期實踐和學習的能力，就拿Matter這套軟件架構來說，我也才學了一些皮毛，還有很多知識需要進一步消化。

如果你也對Matter感興趣，歡迎與我交流、套路。

4 友情推薦

今天給大家推薦一本軟件架構領域的教科書《軟件架構實踐》。

在比爾 · 蓋茨的眾多稱謂中，據說他更偏愛“首席軟件架構師”。在網易創始人丁磊名字前，也有“首席架構師”這樣的稱謂。架構師是如此重要，以至于在《黑客帝國》 中各色人物悉數登場，最后你卻發現這一切都是被一個稱作“架構師”的白胡子老頭左 右的。

這是否意味著要成為架構師就要以“領導”權威來支撐或者以時間或實踐來積累？ 當然不必這樣，在修煉成“架構師”的道路上，一本好書能讓你少走許多彎路，幫助你學會“架構師”思維，快速進入“架構師”角色。

隨著數字時代的到來，各種云基礎設施、微服務、框架層出不窮，互聯和互操作變 得唾手可得，集成和重用已有成果成為軟件開發常態。在軟件系統變得越來越復雜的同時，今天架構師似乎不再需要架構知識了，甚至軟件開發的精髓被調侃是“ Ctrl+C 和 Ctr1+V ”。顯然，在已有的架構上實現二次架構設計并不是架構師的未來，我們既要站 在巨人的肩膀上， 善于利用后發優勢， 更需要從原始創新上取得突破， 這就需要你回到 問題的原點，系統地掌握軟件架構的知識，努力貢獻優秀的原創架構。

《軟件架構實踐》 就是這樣一本書。本書是其第 4 版，在軟件架構領域，本書已經成為標準。軟件架構的術語或知識，大都可以在這本書中找到相關內容和最準確的定義。

5 文末福利

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的再来学习一下RT-Thread的软件架构 | 文末赠书5本《软件架构实践》的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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