教你构造一个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，如图1所示。


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，如图2所示。

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=（TMOD&0XFO）│ 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，如图3与图4所示。

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。