51单片机操作系统开发中的问题与技巧

者中断退出函数等来中止正在运行的任务。被中断的任务只有自己的优先级在当前就绪任务表中最高时，才能从被中断处继续运行。这就需要为每个任务分配任务堆栈，来保存任务的环境变量。由于每个任务在不同时刻被中断时需要保存的环境变量数目不同，所以任务堆栈空间的分配问题也是一门学问。

3 一些解决问题的技巧

(1)片内RAM占用问题的解决

任务堆栈最好不要放在片内，如果把任务堆栈放在片内的话，用户应用程序可使用的资源就非常有限，应用程序的功能也会受到限制。这就是为什么某些把任务堆栈放在片内的基于51系列单片机的实时操作系统只能用来做些演示实验，但并不实用。一个有实用价值的基于51系列单片机的实时操作系统必须在512字节以上的RAM环境中运行。随着集成技术的发展，现在已经出现了很多带有辅助RAM的51系列单片机，这类单片机把片外的RAM集成到芯片内，使用MOVX指令来访问这些RAM。如果用户不想通过三总线来扩展片外RAM的话，可以选用这种带有辅助RAM的单片机。此外，因为操作系统要用到一些全局变量，鉴于处理的速度问题又不想把它们全部的放在片外，那就可以根据这些全局变量应用的频繁程度来决定把哪些移到片外，哪些留在片内。别小看这几个字节的节约，在51 系列单片机上效果会很明显。笔者认为在这种资源相对匮乏的单片机上，开发操作系统的最高境界应该是开发一个绿色的操作系统，用户在应用操作系统时可以用的系统资源应该和基于裸机编程差不多。

(2)重入问题的解决

应该尽量使有重入性要求的函数的参数传递通过寄存器来完成，这样可以用一般的方法来编写函数，使得函数具有重入性。如果实在是寄存器不够用的话，可以动用硬件堆栈来保存这些局部变量。

(3)堆栈分配问题的解决

鉴于各个任务对于任务堆栈大小的要求不同，即使同一个任务在不同的时刻被中断，它对堆栈大小的要求也不相同的情况，可以将任务堆栈多分配出一个字节，用来统计任务堆栈中有效数据的个数。单片机的片内RAM中，堆栈的栈底也做一个标志，当任务切换时，把当前任务放在堆栈中的环境变量从栈底到栈顶全部拷贝到任务的堆栈中，然后把将要运行任务的任务堆栈中的所有数据恢复到栈底标志开始的地方。任务堆栈和硬件堆栈之间的数据拷贝如图1所示。

其中，Stack(i)和Stack(j)都是指针数组Stack[max_tasks]中的元素，NUM=SP-StkStart，图1中所要进行的操作步骤是：①将系统硬件堆栈中的内容放到当前任务的堆栈中；②把将要运行的任务的堆栈内容移到系统的硬件堆栈中，并将硬件堆栈中的内容弹出到各个寄存器。这个过程就完成了任务的切换。

结 语

本文介绍了在基于51系列单片机的嵌入式操作系统开发中，可能遇到的几个问题和它们的解决办法。这些想法都是笔者在学习和实践中得来的，相信能够对从事相同工作的人员有一定启发。

参考文献
1 JEAN J.LABROSSE. 源代码公开的实时嵌入式操作系统. 邵贝贝译. 北京：中国电力出版社，2001
2 陈明计, 周立功, 等. 嵌入式实时操作系统Small RTOS51原理及应用. 北京：北京航空航天大学出版社，2004
3 探矽工作室. 嵌入式系统开发圣经. 北京：中国青年出版社，2002