# RTOS 學習筆記 - 2
> 參考資源：[科技下午茶 - RTOS-02](https://www.youtube.com/watch?v=v7_9gKoA5b0&list=PLJvU73y7BpTsNAHgz0KoRtcyq16xflK9K&index=2)。

## Thread v.s. Task（Process）

### Single Core (1970~1980)
- Multitasking（多工處理 / IPC）。
> 任何時刻，僅有 1 個 Task / ISR 正在執行。
- 概念：Create **Task**（main / none Bare-metal）。

### MMU (1980~1990)
- Process 使用各自的 PTEx。
- Threads 分享 Process 的 PTEx。

### Multiple Cores (Concurrent)
舉例（64C128T 的 CPU）：
> 注意：Concurrent 與 Multitasking 完全不同－Concurrent（多核）環境下，可能會設定 w 個高優先權任務、x 個中優先權任務、y 個低優先權任務和 z 個 ISR 驅動程式，並「**同時執行中**」。

因此，在 Multi-threaded 的場景下，有一些問題油然而生，並需要以對應解法來確保 thread-safe：
- **Data Racing**
- 解法 1：Atomic Operation
- 概念：處理某個任務時，需一次把該處理的處理完（例如：一 8-bit 的 CPU 想做 32-bit 的運算 `A + B = C`，通常要分成 4 輪才能處理完；則 Atomic Operation 即確保該「4 輪」在 Concurrent 環境中，「不會有別的 thread 中途取用 C」）。
- C11 / C18：
1. atomic data type
2. c0 *read-modify-write* c1
3. fetch_OP：`+=` / `-=` / `|=` / `&=` / `^=`
4. `if (!Lock++) test-and-set`
- 解法 2：Memory Order
- **Synchronization**
- 解法 1：mutex
- 解法 2：fence
- 解法 3：acquire / release
- 如 Cortex-M v8 指令集之 `LDAEX` / `STLEX`。
- 另外，還需考慮 Function Reentrancy 的狀況。

### Application Resource
Threads 分享 Process 的 Resources。

### FreeRTOS
參照 [官方文檔說明](https://www.freertos.org/Documentation/02-Kernel/04-API-references/01-Task-creation/01-xTaskCreate)，並觀察 `xTaskCreate` 函式如下：

 BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pvTaskCode,
                         const char * const pcName,
                         const configSTACK_DEPTH_TYPE uxStackDepth,
                         void *pvParameters,
                         UBaseType_t uxPriority,
                         TaskHandle_t *pxCreatedTask
                       );

> Create a new **task** and add it to the list of tasks that are ready to run.

根據 UNIX、POSIX 對 Process 及 Thread 的解釋，作者認為 RTOS 之 Task「與 Thread 的概念較符合」。

## Thread（Task） v.s. Handler（ISR）

FreeRTOS 的 Task 對應到 Cortex-M 的 Thread mode；
FreeRTOS 的 ISR 對應到 Cortex-M 的 Handler mode。

## IPC（Inter-Process Communication）

弔詭的是，若 99 % 的 Task 幾乎都處於 Blocked 狀態，那到底誰要來 Wake-up 他們？
答案即透過 ISR（Event Driven）發生，會間接使某 Task 甦醒，該 Task 再觸發 Tasks 之間的交換。

既然如此，何不透過 ISR，直接將 Wake-up Task 的工作完成？
當然可以，FreeRTOS 有支援可在 ISR 中呼叫的對應 Wake-up 函式。

另外，需探討「ISR 發生後，到 Task Running 狀態」所需的時間（**Latency**）。

### FreeRTOS IPC Latency 實驗與探討
- FreeRTOS v10.4
- Task **Blocked** by calling system API (1)
- Task **Ready** by `xxxFromISR` (2) called by ISR
- Task **Run** by exit (3) from system API
- Latency Time = (3) - (2)

結果如下：