在RTOS场景下编程，芯片启动过程先运行一段被称为RTOS内核的程序代码，这段代码的功能是：开辟好用户线程的运行环境，准备好对线程进行调度。RTOS一般由内核与扩展部分组成，内核的最主要功能是线程调度，扩展部分的最主要功能是提供应用程序编程接口（API）。内核类其他基本概念主要有：时间嘀嗒、代码临界段、不可抢占型内核与可抢占型内核、实时性相关概念及RTOS实时性指标等。

1．时间嘀嗒

时钟节拍（Clock Tick），有时也直接译为时钟嘀嗒，它是特定的周期性中断，通过定时器产生周期性的中断，以便内核判断是否有更高优先级的线程已进入就绪状态。

2．代码临界段

代码临界段也称为临界区，是指处理时不可分割的代码，一旦这部分代码开始执行，则不允许任何中断打扰。为确保临界段代码的执行，在进入临界段之前要关中断，且临界段代码执行完后应立即开中断。

3．不可抢占型内核与可抢占型内核

不可抢占型内核（Non-Preemptive Kernel），要求每个线程主动放弃CPU的使用权，不可抢占型调度算法也称为合作型多线程，各个线程彼此合作共享一个CPU。但异步事件还是由中断服务来处理，中断服务可使高优先级的线程由挂起态变为就绪态，但中断服务以后，使用权还是回到原来被中断了的那个线程，直到该线程主动放弃CPU的使用权，新的高优先级的线程才能获得CPU的使用权。

当系统响应时间很重要时，须使用可抢占型内核（Preemptive Kernel）。在可抢占型内核中，一个正在运行的线程可以被打断，而让另一个优先级更高且变为就绪态的线程运行。如果是中断服务子程序使高优先级的线程进入就绪态，中断完成时，被中断的线程被挂起，优先级高的线程开始运行。

4．实时性相关概念及RTOS实时性指标

硬实时（Hard Real-Time）要求在规定的时间内必须完成操作，是在设计操作系统时保证的，通常将具有优先级驱动的、时间确定性的、可抢占调度的RTOS系统称为硬实时系统。软实时（Soft Real-Time）则没有那么严格，只要按照线程的优先级，尽可能快地完成操作即可。

RTOS追求的是调度的实时性、响应时间的可确定性、系统的高度可靠性，评价一个RTOS一般可以从线程调度、内存开销、系统响应时间、中断延迟等几个方面来衡量。

（1）线程调度的时间指标

RTOS的实时性和多线程能力在很大程度上取决于它的线程调度机制。在大多数商用的实时系统中，为了让操作系统能够在有突发事件时迅速取得系统使用权，以便对事件做出反应，所以大都提供了“抢占式线程调度”功能，也就是操作系统有权主动终止应用程序（应用线程）的执行，并且将执行权交给拥有最高优先级的线程。

调度延时（Scheduling Latency）：指当一个更高优先级的线程就绪到这个线程开始运行之间的时间。简而言之，就是一个线程被触发后，由就绪到开始运行的时间。

线程切换时间（Context-Switching Time）：由于某种原因使一个线程退出运行时，RTOS保存它的运行现场信息，并插入相应列表，依据一定的调度算法重新选择一个新线程使之投入运行，这一过程所需时间称为线程切换时间。线程切换时间越短，RTOS的性能就越高。

恢复时间（Recovery Time）：指从线程完成后，系统响应到恢复执行主程序所需要的时间。

（2）最小内存开销

在RTOS的设计过程中，由于成本限制，嵌入式系统产品内存的配置一般都不大，而在有限的内存空间内不仅要装载RTOS，还要装载用户程序。因此，最小内存开销是一个重要的指标，这是RTOS设计与其他操作系统设计的明显区别之一。

（3）系统响应时间

系统响应时间（System response time）：指系统发出处理要求到系统给出应答信号的时间，也就是从线程请求产生到线程完成之间的时间间隔，需要满足一定的时间约束。控制要满足一定的实时性要求，就是响应时间小于临界时间。系统响应时间由反应时间和处理时间两部分组成，反应时间指外部中断提交到CPU开始处理的时间，处理时间指CPU完成处理的时间。提高系统的响应时间，可以从缩短反应时间和处理时间两个方面入手。反应时间是电信号的传导时间，对于不同速度的处理器，这个时间相差不大。

（4）中断延迟

中断是一种硬件机制，用于通知CPU发生了一个异步事件。CPU一旦识别出一个中断，保存线程上下文后，跳至该中断服务程序（ISR）执行，处理完这个中断后，返回到就绪列表中具有最高优先级的线程执行。当RTOS运行在核心态或执行某些系统调用的时候，不会因为外部中断的到来而立即执行中断服务程序，只有当RTOS重新回到用户态时才响应外部中断请求，这一过程所需的最大时间就是中断禁止时间。

中断延迟（Interrupt latency）时间：是指系统确认中断开始直到执行中断服务程序第一条指令为止，整个处理过程所需要的时间。中断禁止时间越短，则中断延迟时间越短，那么系统的实时性也会越高。