如何构造一个51单片机的实时操作系统

2实时操作系统要不要占先

由上面的分析,如果要保持一个函数可重人,就得使用静态变量,系统的RAM资源将是一个严峻的考验;如果使用临界区来保护运行环境,系统的实时性又得不到保证,而且有将占先式任务调度转为非占先任务调度之虞。显然,使用静态变量简单,但有更多的不适用性,对将来功能的调整也是一个阻碍,一般不被采用。那么,就只能从环境保护上来下功夫了,但是果真只能以进入临界区牺牲系统的实时性来保证任务不被占先?下面看看临界保护这一方法的基本思路：

①在一个任务中,如果局部变量在其作用域内不被占先切换,则这些变量在任务被剥夺了CPU控制权后,不关心其值也不会影响任务的正确执行;

②使用临界区保护,可以达到上面所提到的要求;

③由此导致的实时性能与占先切换的减弱可以接受。由此可知,不被占先是任务保护局部变量的关键。既然如此,何不舍弃占先式的任务调度?这不失为一个好的出发点。针对Keil C51,非占先式任务调度,可能是一种更好的方法,更能协调51系列单片机的既定资源。下面编写这样一个系统：

①使用非占先式任务调度;

②可以在小容量的芯片中使用,开发目标是,即使是8051这样小的芯片,也可使用这个实时操作系统;

③支持优先级调度,尽可能保证其实时性。

3实时操作系统的实现

基于以上的分析与目的,近日完成了这个操作系统。在堆栈上借用RTx的管理方法,即当前任务使用全部的堆空间

3.1 堆栈的初始化与任务的创建

堆栈的初始化实际是初始化0STaskStackBotton数组,并将当前任务指定为空闲任务,下一个运行任务指定为最高优先级任务,即优先级为零的任务。初始化时,将SP的值存人OSTaslkStackBotton[O],SP+2的值存入OSTaskStacKBotton[1],依此类推。而任务是调用0STa-skCreate函数建立的。实际上只是将任务(假设为n号任务)的地址填人到对应OSTaskStackBotton[n]所指向的位置,并将SP向后移动2个字节,

为什么要以这样一种规律而不是其他的方式呢?这是由于在任务建立后,还未进行任务调度之前,各任务的堆栈实际上是它们自身的地址,因而其堆栈深度为2,为了程序的简便而直接填入。

void main(void){
OSInit(); ／*初始化OSTaskStackBcBotton队列*／
TMOD=(TMOD0XFO)│ 0XOl;
TL0=0xBF;
TH0=0xFC;
TRO=1;
ETO=1;
TFO=O：
OSTaskCreate(TaskA,NULL,0);
OSTaskCreate(TaskB．NULL,1);
OSTaskCreate(TaskC,NULL,2);
OSStart();

上面这段代码中,所有任务建立后,便调用OSStart()开始任务调度。OSStart()是一个宏定义,如下所示：
#deflne OSStart() d0{＼
OSTaskCreate(TaskIdle,NULL,OS_MAX_TASKS);＼
EA=l：＼
return;＼
}while(O)

首先,它创建了一个空闲任务并打开中断,然后便返回。返回到哪里了呢?我们知道,空闲任务是优先级最低的任务,当调OSTaskCreate建立时,会将其地址填人到SP的位置,并把SP向后移动2个字节(见图2及说明),因而此时处在堆栈顶端的,一定是空闲任务Taslddle。这就使得这里的return一定会返回到空闲任务。至此,系统进入正常运行状态。

3.2 任务的切换

任务的切换分两种情况,在当前任务优先级低于下一个取得CPU控制权的任务时,将下一个取得CPU控制权的任务的栈顶到当前任务的栈顶之间的内容向RAM空间的高端搬移,以空出全部的RAM空间作下一个任务的堆空间,同时更新对应的OSTaskStackBotton,使其指向新的正确任务的堆栈栈底。如果当前任务的优先级高于下一个任务的优先级,则作相反的搬移,

所有任务必须主动调用OSSleep,放弃CPU的控制权。任务调用OSSleep后,将选择优先级最高的就绪任务运行。

结 语

系统完成后,内核的代码量在400多个字节左右,占用1个定时器中断及小量的内存空间。系统设置容量为8个任务,用户实际可用任务为7个,能够满足一般需求,也达到了在小容量芯片中应用的开发要求。由于没有采用占先式的任务调度,除开全程相关的个别任务的一些局部变量外,其他局部变量已经不存在覆盖关系,由于是任务主动放弃CPU控制权,对于个别需要保护的变量单独进行处理也变得容易。在系统中,全程不需要反复地开关中断,实时性能也很好。对个别时序要求严格的外设(如DSl8820)除外。