关于RTX51 TINY的分析与探讨

时间：05-30 来源：单片机与嵌入式系统应用点击：

1 概述

　　RTX51 TINY是一种应用于MCS5l系列单片机的小型多任务实时操作系统。它完全集成在Keil C5l编译器中，具有运行速度快、对硬件要求不高、使用方便灵活等优点，因此越来越广泛地应用到单片机的软件开发中。它可以在单个CPU上管理几个作业（任务），同时可以在没有扩展外部存储器的单片机系统上运行。

　　RTX51 TINY允许同时"准并行"地执行多个任务：各个任务并非持续运行，而是在预先设定的时间片(time slice)内执行。CPU执行时间被划分为若干时间片，RTX51 TINY为每个任务分配一个时间片，在一个时间片内允许执行某个任务，然后RTX51 TINY切换到另一个就绪的任务并允许它在其规定的时间片内执行。由于各个时间片非常短，通常只有几ms，因此各个任务看起来似乎就是被同时执行了。

　　RTX51 TINY利用单片机内部定时器0的中断功能实现定时，用周期性定时中断驱动RTX51 TINY的时钟。它最多可以定义16个任务，所有的任务可以同时被激活，允许循环任务切换，仅支持非抢占式的任务切换，操作系统为每一个任务分配一个独立的堆栈区，在任务切换的同时改变堆栈的指针，并保存和恢复寄存器的值。RTX51 TINY没有专门的时间服务函数和任务挂起函数，而是通过os_wait()中的参数设定实现的。使用RTX51 TINY时用户程序中不需要包含main()函数，它会自动地从任务0开始运行。如果用户程序中包含有main()函数，则需要利用os_create_task函数来启动RTX51实时操作系统。

2 任务切换

2.1 RTX51 TINY任务状态

　　RTX51 TINY的用户任务具有以下几个状态：

　　① 运行(RUNNING)--任务正处于运行中。同一时刻只有一个任务可以处于"RUNNING"状态。
　　② 就绪(READY)--等待运行的任务处于"READY"状态。在当前运行的任务退出运行状态后，就绪队列中的任务根据调度策略被调度执行，进入到运行状态。
　　③ 阻塞(BLOCKED)--等待一个事件的任务处于"BLOCKED"状态。如果等待的事件发生，则此任务进入"READY"状态，等待被调度。
　　④ 休眠(SLEEPING)--被声明过但没有开始运行的任务处于休眠状态。运行过但已经被删除的任务也处在休眠状态中。
　　⑤ 超时(TIMEOUT)--任务由于时间片用完而处于"TIMEOUT"状态，并等待再次运行。该状态与"READY"状态相似，但由于是内部操作过程使一个循环任务被切换，因而单独算作一个状态。

　　处于"READY/TIMEOUT"、"RUNNING"和"BLOCKED"状态的任务被认为是激活的状态，三者之间可以进行切换。"SLEEPING"状态的任务是非激活的，不能被执行或认为已经终止。

2.2 RTX51 TINY任务切换

　　任务切换是RTX51 TINY提供的基本服务。RTX51 TINY是基于时间片调度算法的操作系统，它支持的是非抢占式的任务切换。所以在一个任务被执行时不能对其进行中断，除非该任务主动放弃CPU的资源，中断才可以打断当前的任务，中断完成后把CPU的控制权再交还该被中断的任务。任务切换有两种情况，一种是当前任务主动让出CPU资源；另一种情况是在当前任务的时间片已经用完的情况下，进行任务切换。CPU执行时间被分成若干个时间片，RTX51 TINY为每个任务分配一个时间片。时间片是通过对变量TIMESHARING的设置来确定的，即用"TIMESHARING EQU 5;"设置多少个系统时钟周期为一个时间片。系统默认5个系统时钟为一个时间片，如果晶振频率为11.059 2 MHz，则时间片为10.850 7×5＝54.253 5 ms。

　　RTX51 TINY的任务切换共有TASKSWITCHING 和SWITCHINGNOW两个入口，前者供定时器T0的中断服务程序调用，后者供系统函数os_delete和os_wait调用。相应地也有两个不同的出口，分别是恢复保护现场和清除状态标志位。系统首先将当前任务置为"TIMEOUT"状态，等待下一次时间片循环，然后找到下一个处于"READY"状态的任务，通过堆栈管理，将自由堆栈空间分配给该任务，使其成为当前任务。清除使该任务进入"READY"或"TIMEOUT"状态的相关位后，执行该任务。任务切换的流程如图1所示。

图1 任务切换流程

3 共享资源实现[1]

　　RTX51 TINY由于是一个多任务的操作系统，那么就不免会有几个任务使用同一个资源，这些资源可能是一个变量，也可能是输入/输出设备。这就要求一个任务在使用共享资源时必须独占该资源，否则可能会造成数据被破坏。

　　在RTX51 TINY中实现共享资源独占的方法比较多。比如，可以通过TIMESHARING这个变量来禁止时间片轮转，使其值为0，就可以实现禁止任务切换，从而当前任务就可以独占共享资源。还可以关闭中断来实现，使EA＝0，定时器T0的中断被关闭，不能再为时间片轮转提供基准，从而禁止了任务切换。但这两种方法都带有一定的局限性，前一种方法只能适用于实时性要求不高的场合，后一种方法由于T0中断关闭时间不能太长，只能适用于一些简单变量操作的场合。基于以上情况，下面通过另一种方法来实现共享资源的使用。

　　在RTX51 full中可以利用信号量很好地实现对共享资源的操作，也可以把这种思想应用到RTX51 TINY中；而在RTX51 TINY中不支持信号量，这就要求用户自己定义信号量及其操作过程。以下是部分代码：

　　struct signal {//定义信号量结构体
　　　　uchar count；//该信号量的当前计数值
　　　　uint list_tasks；//等待该信号量任务表
　　} signal_list[3]；
　　/*初始化信号量 */
　　void init_signal(uchar task_id,uchar count) {
　　　　signal_list[task_id].count=count；
　　　　signal_list[task_id].list_tasks=0；
　　}
　　/*等待信号量 */
　　char wait_signal(uchar task_id) {
　　　　if(signal_list[task_id].count>0) {
　　　　　　signal_list[task_id].count；//获取信号量
　　　　　　return(-1)；
　　　　}
　　　　signal_list[task_id].list_tasks|=(1os_running_task_id())；//标记为等待状态
　　　　return(0)；
　　}
　　void wait_sem(uchar task_id) {
　　　　if(wait_signal(task_id==0)
　　　　　　while(os_wait(K_TMO，255，0)!=RDY_EVENT)；//等待，直到该任务就绪
　　}
　　/*释放信号量 */
　　char release_signal(uchar task_id) {
　　　　uchar i：
　　　　uint temp=1；
　　　　if((signal_list[task_id].count>0)||( signal_list[task_id].list_tasks==0)) {
　　　　　　signal_list[task_id].count++； //释放信号量
　　　　　　return(-1)；
　　　　}
　　　　for(i=0；i<16；i++) {
　　　　　　if((signal_list[task_id].list_tasks&(temp))!=0){//查找任务表
　　　　　　　　signal_list[task_id].list_tasks&= ~(1<<i)；return(i)； //返回等待信号量的任务号
　　　　　　}
　　　　　　temp<<=1：
　　　　}
　　}
　　void release_sem(uchar task_id) {
　　　　char task_temp；
　　　　task_temp=release_signal(task_id)；
　　　　if(task_temp!=-1) {
　　　　　　os_set_ready(task_temp)； //任务task_id进入就绪状态
　　　　　　os_switch_task()；
　　　　}
　　}

　　有了以上几个函数的定义和实现，就可以应用等待信号量和释放信号量来完成对共享资源的独占。例如：

　　void job()_task_ id {
　　　　　　――――用户代码――――
　　　　　　wait_sem(task_id)；//等待任务task_id的信号量
　　　　　　――――对共享资源使用代码――――
　　　　　　release_sem(task_id)；//释放任务task_id的信号量
　　　　　　――――用户代码――――
　　}

　　应用信号量来实现共享资源的使用，不用禁止时间片轮转和关闭T0中断，可以有效地实现对共享资源的独占；但增加了代码，等待和释放信号量花费了一定的时间，在具体应用中要视情况而定。

上一篇：基于DSP的视频采集驱动程序的实现
下一篇：DSP中DMA操作的无阻塞请求实现

51单片机；操作系统相关文章：

栏目分类