第10章RTX51實時操作系統(tǒng)

1、第第1010章章 rtx51rtx51實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)基本概念操作系統(tǒng)基本概念 rtx51rtx51系統(tǒng)特點系統(tǒng)特點 rtx51rtx51的程序結構的程序結構 rtx51rtx51的功能函數(shù)的功能函數(shù) rtx51rtx51的任務調(diào)度的任務調(diào)度 rtx51rtx51的系統(tǒng)配置的系統(tǒng)配置 rtx51rtx51的應用舉例的應用舉例10.1 10.1 操作系統(tǒng)基本概念操作系統(tǒng)基本概念10.1.110.1.1 前后臺系統(tǒng)前后臺系統(tǒng) 前后臺系統(tǒng)的組成：前臺前后臺系統(tǒng)的組成：前臺和后臺程序和后臺程序 后臺：后臺：是一個無限循環(huán)的是一個無限循環(huán)的應用程序，循環(huán)中調(diào)用相應用程序，循環(huán)中調(diào)用相應

2、的任務函數(shù)完成相應的應的任務函數(shù)完成相應的操作，各個任務依次運行，操作，各個任務依次運行，沒有調(diào)度，運行的次序不沒有調(diào)度，運行的次序不能改變。能改變。 前臺：前臺：是中斷服務程序，是中斷服務程序，處理異步事件。處理異步事件。適用情形：適用情形：一般不復雜且實時性要求不高的小系統(tǒng)很適合采用前后臺系統(tǒng)，例如微波爐、電話機、玩具等。在另外一些基于省電的應用中，由于平時微處理器處在停機狀態(tài)，所有的事都靠中斷服務來完成，因此也常常采用前后臺系統(tǒng)模式。10.1.2 10.1.2 操作系統(tǒng)操作系統(tǒng) 操作系統(tǒng)（操作系統(tǒng)（operating systemoperating system，簡稱，簡稱osos）是計

3、算機中）是計算機中最基本的程序。操作系統(tǒng)負責計算機系統(tǒng)中全部軟、硬資最基本的程序。操作系統(tǒng)負責計算機系統(tǒng)中全部軟、硬資源的分配以及回收、控制與協(xié)調(diào)等并發(fā)的活動；操作系統(tǒng)源的分配以及回收、控制與協(xié)調(diào)等并發(fā)的活動；操作系統(tǒng)提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境；操作系統(tǒng)為提供用戶接口，使用戶獲得良好的工作環(huán)境；操作系統(tǒng)為用戶擴展新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺。用戶擴展新的系統(tǒng)功能提供軟件平臺。 操作系統(tǒng)的操作系統(tǒng)的主要包括四大主要包括四大功能：功能：處理機管理：解決處理機管理：解決cpucpu的分時復用。的分時復用。存儲管理：配合存儲管理：配合cpucpu調(diào)度內(nèi)存。調(diào)度內(nèi)存。設備管理：分配外設的使用，包

4、括獨享、共享和虛擬。設備管理：分配外設的使用，包括獨享、共享和虛擬。軟件資源管理：解決程序和信息的存取和管理等問題。軟件資源管理：解決程序和信息的存取和管理等問題。 實時操作系統(tǒng)（實時操作系統(tǒng)（rtosrtos）是指當外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，）是指當外界事件或數(shù)據(jù)產(chǎn)生時，能夠接受并以能夠接受并以足夠快的速度足夠快的速度予以處理，其處理的結果又能在予以處理，其處理的結果又能在規(guī)定的時間規(guī)定的時間之內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)作出快速響應，之內(nèi)來控制生產(chǎn)過程或?qū)μ幚硐到y(tǒng)作出快速響應，并控制所有實時任務協(xié)調(diào)一致運行的操作系統(tǒng)。并控制所有實時任務協(xié)調(diào)一致運行的操作系統(tǒng)。 用戶的應用程序是運行于用戶的應用

5、程序是運行于rtosrtos之上的各個任務，之上的各個任務，rtosrtos根根據(jù)各個任務的要求，進行資源（包括存儲器、外設等）管理、據(jù)各個任務的要求，進行資源（包括存儲器、外設等）管理、消息管理、任務調(diào)度和異常處理等工作。消息管理、任務調(diào)度和異常處理等工作。 實時多任務操作系統(tǒng)，以分時方式運行多個任務，看上實時多任務操作系統(tǒng)，以分時方式運行多個任務，看上去好像是多個任務去好像是多個任務“同時同時”運行。任務之間的切換應當以優(yōu)運行。任務之間的切換應當以優(yōu)先級為根據(jù)，只有具有先級為根據(jù)，只有具有優(yōu)先服務方式優(yōu)先服務方式的的rtosrtos才是真正的實時才是真正的實時操作系統(tǒng)，而時間分片方式和協(xié)作

6、方式的操作系統(tǒng)，而時間分片方式和協(xié)作方式的rtosrtos并不是真正的并不是真正的“實時實時”。10.1.3 10.1.3 實時操作系統(tǒng)實時操作系統(tǒng)10.1.4 10.1.4 臨界區(qū)臨界區(qū) 臨界資源：任何時候都只允許一個任務訪問的資源。臨界資源：任何時候都只允許一個任務訪問的資源。 臨界區(qū)或臨界段：用于訪問臨界資源的代碼段。臨界區(qū)或臨界段：用于訪問臨界資源的代碼段。 臨界代碼段臨界代碼段不允許多個并發(fā)任務交叉執(zhí)行不允許多個并發(fā)任務交叉執(zhí)行，否則會產(chǎn)，否則會產(chǎn)生嚴重后果，比如進入中斷后的現(xiàn)場保護代碼等。生嚴重后果，比如進入中斷后的現(xiàn)場保護代碼等。 為確保臨界區(qū)代碼的安全執(zhí)行，在進入臨界區(qū)之前要為

7、確保臨界區(qū)代碼的安全執(zhí)行，在進入臨界區(qū)之前要關中斷，而臨界區(qū)代碼執(zhí)行完以后要立即開中斷關中斷，而臨界區(qū)代碼執(zhí)行完以后要立即開中斷 程序運行時可使用的軟、硬件環(huán)境統(tǒng)稱為資源。資源程序運行時可使用的軟、硬件環(huán)境統(tǒng)稱為資源。資源可以是輸入可以是輸入/ /輸出設備，例如打印機、鍵盤和顯示器；資輸出設備，例如打印機、鍵盤和顯示器；資源也可以是一個變量、一個結構或一個數(shù)組等。源也可以是一個變量、一個結構或一個數(shù)組等。 共享資源就是指可以被一個以上任務使用的資源。為共享資源就是指可以被一個以上任務使用的資源。為防止數(shù)據(jù)被破壞，每個任務在與共享資源打交道時，必須防止數(shù)據(jù)被破壞，每個任務在與共享資源打交道時，必

8、須獨占該資源，這叫獨占該資源，這叫互斥互斥。10.1.5 10.1.5 資源與共享資源資源與共享資源 任務，也稱為線程，是一個簡單的程序。一般地，每個任務，也稱為線程，是一個簡單的程序。一般地，每個任務都是一個無限的循環(huán)。任務都是一個無限的循環(huán)。 任務有五種狀態(tài)：休眠態(tài)、就緒態(tài)、運行態(tài)、掛起態(tài)任務有五種狀態(tài)：休眠態(tài)、就緒態(tài)、運行態(tài)、掛起態(tài)（等待某一事件發(fā)生）和被中斷態(tài)。任何時刻，一個任務都（等待某一事件發(fā)生）和被中斷態(tài)。任何時刻，一個任務都處于這五種狀態(tài)之一的狀態(tài)下。處于這五種狀態(tài)之一的狀態(tài)下。 休眠態(tài)休眠態(tài)相當于該任務駐留在內(nèi)存中，但并不被多任務內(nèi)相當于該任務駐留在內(nèi)存中，但并不被多任務內(nèi)核

9、所調(diào)度。核所調(diào)度。就緒態(tài)就緒態(tài)意味著該任務已經(jīng)準備好，可以運行了，意味著該任務已經(jīng)準備好，可以運行了，但由于該任務的優(yōu)先級比正在運行的任務的優(yōu)先級低，還暫但由于該任務的優(yōu)先級比正在運行的任務的優(yōu)先級低，還暫不能運行不能運行 。運行態(tài)運行態(tài)的任務是指該任務掌握了的任務是指該任務掌握了cpucpu的控制權，的控制權，正在運行。正在運行。掛起態(tài)掛起態(tài)指該任務在等待，等待某一事件的發(fā)生。指該任務在等待，等待某一事件的發(fā)生。被中斷狀態(tài)被中斷狀態(tài)是指，發(fā)生中斷時，是指，發(fā)生中斷時，cpucpu提供相應的中斷服務，提供相應的中斷服務，原來正在運行的任務暫不能運行，就進入了被中斷狀態(tài)。原來正在運行的任務暫不能

10、運行，就進入了被中斷狀態(tài)。 10.1.6 10.1.6 任務任務10.1.7 10.1.7 內(nèi)核與任務切換內(nèi)核與任務切換內(nèi)核內(nèi)核 內(nèi)核是操作系統(tǒng)最基本的部分。多任務系統(tǒng)中，內(nèi)核內(nèi)核是操作系統(tǒng)最基本的部分。多任務系統(tǒng)中，內(nèi)核負責管理各個任務，或者說為每個任務分配負責管理各個任務，或者說為每個任務分配cpucpu時間，并且時間，并且內(nèi)核決定一個程序在什么時候?qū)δ巢糠钟布僮鞫嚅L時間。內(nèi)核決定一個程序在什么時候?qū)δ巢糠钟布僮鞫嚅L時間。內(nèi)核負責任務之間的通信，它提供的基本服務是任務切換。內(nèi)核負責任務之間的通信，它提供的基本服務是任務切換。任務切換任務切換 當多任務內(nèi)核決定運行另外的任務時，保存正在運

11、行當多任務內(nèi)核決定運行另外的任務時，保存正在運行任務的當前狀態(tài)，即保存任務的當前狀態(tài)，即保存cpucpu寄存器中的全部內(nèi)容。這些內(nèi)寄存器中的全部內(nèi)容。這些內(nèi)容保存在任務的當前狀態(tài)保存區(qū)，也就是任務自己的棧區(qū)容保存在任務的當前狀態(tài)保存區(qū)，也就是任務自己的棧區(qū)之中。入棧工作完成以后，就把下一個將要運行的任務的之中。入棧工作完成以后，就把下一個將要運行的任務的當前狀態(tài)從任務的棧中重新裝入當前狀態(tài)從任務的棧中重新裝入cpucpu的寄存器，并開始下一的寄存器，并開始下一個任務的運行。這個過程就稱為任務切換。個任務的運行。這個過程就稱為任務切換。 多任務切換示意圖多任務切換示意圖 調(diào)度是內(nèi)核的主要職責之一

12、，調(diào)度就是決定該輪到調(diào)度是內(nèi)核的主要職責之一，調(diào)度就是決定該輪到哪個任務運行了。任務的調(diào)度方式有基于時間片輪轉(zhuǎn)的哪個任務運行了。任務的調(diào)度方式有基于時間片輪轉(zhuǎn)的調(diào)度和基于優(yōu)先級的調(diào)度。多數(shù)實時系統(tǒng)是基于優(yōu)先級調(diào)度和基于優(yōu)先級的調(diào)度。多數(shù)實時系統(tǒng)是基于優(yōu)先級調(diào)度法的?；趦?yōu)先級的調(diào)度法指調(diào)度法的?；趦?yōu)先級的調(diào)度法指cpucpu總是讓處于就緒總是讓處于就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務先運行。至于何時讓高優(yōu)先級任態(tài)的優(yōu)先級最高的任務先運行。至于何時讓高優(yōu)先級任務掌握務掌握cpucpu的使用權，有兩種不同的情況。的使用權，有兩種不同的情況。 占先式調(diào)度；非占先式調(diào)度。占先式調(diào)度；非占先式調(diào)度。10.1.8

13、10.1.8 調(diào)度調(diào)度占先式調(diào)度占先式調(diào)度 任何時候具有最高優(yōu)先級且已就緒的任務先執(zhí)行。一任何時候具有最高優(yōu)先級且已就緒的任務先執(zhí)行。一個正在執(zhí)行的任務放棄處理器的條件為：自愿放棄處理器個正在執(zhí)行的任務放棄處理器的條件為：自愿放棄處理器（等待資源或執(zhí)行完畢）；有高優(yōu)先級任務啟動，該高優(yōu)（等待資源或執(zhí)行完畢）；有高優(yōu)先級任務啟動，該高優(yōu)先級任務將搶占其執(zhí)行。當一個運行著的任務使一個比它先級任務將搶占其執(zhí)行。當一個運行著的任務使一個比它優(yōu)先級更高的任務進入了就緒狀態(tài)時，當前任務的優(yōu)先級更高的任務進入了就緒狀態(tài)時，當前任務的cpucpu使使用權就被剝奪了，或者說被掛起了，那個高優(yōu)先級的任務用權就被剝

14、奪了，或者說被掛起了，那個高優(yōu)先級的任務立刻得到了立刻得到了cpucpu的控制權。如果是中斷服務子程序是一個的控制權。如果是中斷服務子程序是一個高優(yōu)先級的任務進入了就緒態(tài)，則中斷完成時，中斷了的高優(yōu)先級的任務進入了就緒態(tài)，則中斷完成時，中斷了的任務被掛起，優(yōu)先級高的那個任務開始運行。任務被掛起，優(yōu)先級高的那個任務開始運行。 占先式調(diào)度的優(yōu)點是實時性好、反應快，調(diào)度算法相占先式調(diào)度的優(yōu)點是實時性好、反應快，調(diào)度算法相對簡單，可優(yōu)先保證高優(yōu)先級任務的時間約束，其缺點是對簡單，可優(yōu)先保證高優(yōu)先級任務的時間約束，其缺點是上下文切換多上下文切換多。非占先式調(diào)度非占先式調(diào)度 非占先式調(diào)度要求每個任務自我放

15、棄非占先式調(diào)度要求每個任務自我放棄cpucpu的所有權。的所有權。這種方式下，異步事件還是由中斷服務來處理。中斷服務這種方式下，異步事件還是由中斷服務來處理。中斷服務可以使一個高優(yōu)先級的任務由掛起狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)，但可以使一個高優(yōu)先級的任務由掛起狀態(tài)變?yōu)榫途w狀態(tài)，但中斷服務以后控制權還是回到原來被中斷了的那個任務，中斷服務以后控制權還是回到原來被中斷了的那個任務，直到該任務主動放棄直到該任務主動放棄cpucpu的使用權時，那個高優(yōu)先級的任的使用權時，那個高優(yōu)先級的任務才能獲得務才能獲得cpucpu的使用權。的使用權。 非占先式調(diào)度的優(yōu)點是上下文切換少，幾乎不需要使非占先式調(diào)度的優(yōu)點是上下文切換

16、少，幾乎不需要使用信號量保護共享數(shù)據(jù)；缺點是處理器有效資源利用率低，用信號量保護共享數(shù)據(jù)；缺點是處理器有效資源利用率低，任務級響應時間不確定，可調(diào)度性不好。任務級響應時間不確定，可調(diào)度性不好。10.1.9 10.1.9 函數(shù)的可重入性函數(shù)的可重入性 可重入可重入(reentrant)(reentrant)型函數(shù)：是指可以被多個任務并發(fā)使型函數(shù)：是指可以被多個任務并發(fā)使用，而數(shù)據(jù)不會遭到破壞的函數(shù)。用，而數(shù)據(jù)不會遭到破壞的函數(shù)。 可重入型函數(shù)特征：可重入型函數(shù)特征：只使用局部變量，變量保存在只使用局部變量，變量保存在cpucpu寄存器或堆棧中，寄存器或堆棧中，可以在任意時刻被中斷，再重新恢復運行

17、時，數(shù)據(jù)不可以在任意時刻被中斷，再重新恢復運行時，數(shù)據(jù)不會被破壞；會被破壞；若使用全局變量，則需滿足互斥條件。若使用全局變量，則需滿足互斥條件?？芍厝胄秃瘮?shù)實例可重入型函數(shù)實例void func1(int* x, int* y) int temp；temp= *x；*x = *y；*y = temp；不可重入型函數(shù)清單不可重入型函數(shù)清單static int temp；void func2(int* x, int* y) temp = *x；*x = *y；*y = temp； 不可重入型函數(shù)運行示意圖不可重入型函數(shù)運行示意圖 使用以下技術之一可使函數(shù)使用以下技術之一可使函數(shù)func2()fun

18、c2()具有可重入性：具有可重入性：(1) (1) 將將temptemp定義為局部變量；定義為局部變量；(2) (2) 在調(diào)用前，禁止中斷，執(zhí)行完畢后再開中斷；在調(diào)用前，禁止中斷，執(zhí)行完畢后再開中斷；(3) (3) 在調(diào)用過程中，應用信號量獨占使用該函數(shù)。在調(diào)用過程中，應用信號量獨占使用該函數(shù)。10.1.10 10.1.10 信號量信號量 信號量信號量 信號與信號量在英文中都是同一個詞semaphore，并不加以區(qū)別。是一種通信機制。主要用來實現(xiàn)任務間同步以及標識某類資源的可用個數(shù)。 兩種類型：兩種類型： 只取0和1兩個值的二值(binary)信號量，這種信號量也稱為信號； 由若干位組合而成的

19、計數(shù)式(counting)信號量，一般有8位、16位或者32位等若干種，具體是多少位取決于內(nèi)核。 作用：作用： 滿足互斥條件，實現(xiàn)共享資源的獨占使用； 標志某事件的發(fā)生； 使兩個任務的行為同步。(1)初始化信號量，也可稱為建立初始化信號量，也可稱為建立(create)(create)信號量信號量。信號量初始化時，要給信號量賦初值，等待信號量的任務列表應清空。(2)等信號或申請信號量，可稱做掛起等信號或申請信號量，可稱做掛起(pend)(pend)。對于執(zhí)行等待信號量的任務來說，若該信號量有效，則信號量值減1，任務繼續(xù)執(zhí)行；若信號量值為0，則任務繼續(xù)被掛起。若內(nèi)核允許定義等待超時，則超時后，該任

20、務轉(zhuǎn)入就緒，同時返回錯誤代碼以示發(fā)生了超時錯誤。(3)給信號，可稱做發(fā)信號給信號，可稱做發(fā)信號(post)(post)。若沒有任務等待該信號量，則信號量的值僅簡單加1；若只有一個任務等待該信號量，則該任務轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)，信號量的值不加1；若有多個任務等待信號量，至于誰先得到信號量，那就要看內(nèi)核是如何調(diào)度的了。一般有兩種可能：一是按優(yōu)先級原則，等待信號量的任務中優(yōu)先級最高的先得到；二是按先進先出的原則，最早開始等待信號量的那個任務先得到。工作原理工作原理 所謂死鎖，是指各并發(fā)任務彼此等待對方所擁有的資源，所謂死鎖，是指各并發(fā)任務彼此等待對方所擁有的資源，且這些并發(fā)任務在得到對方的資源之前不會釋放自

21、己所擁有且這些并發(fā)任務在得到對方的資源之前不會釋放自己所擁有的資源，從而造成大家都想得到資源而又都得不到資源，各的資源，從而造成大家都想得到資源而又都得不到資源，各并發(fā)任務不能繼續(xù)向前推進的狀態(tài)。并發(fā)任務不能繼續(xù)向前推進的狀態(tài)。 最簡單的防止死鎖發(fā)生的方法有兩種：最簡單的防止死鎖發(fā)生的方法有兩種：1. 1. 讓每個任務先得到全部需要的資源，再進行下一步工作。讓每個任務先得到全部需要的資源，再進行下一步工作。2. 2. 讓每個任務用同樣的順序去申請多個資源，釋放資源時使讓每個任務用同樣的順序去申請多個資源，釋放資源時使用相反的順序。用相反的順序。10.1.11 10.1.11 死鎖死鎖10.1.

22、12 10.1.12 消息隊列消息隊列 消息用于兩個任務之間的通信，消息隊列是保存消息消息用于兩個任務之間的通信，消息隊列是保存消息的容器。通過內(nèi)核提供的服務，任務或中斷服務子程序可的容器。通過內(nèi)核提供的服務，任務或中斷服務子程序可以將一個消息放入消息隊列。同樣，一個或多個任務可以以將一個消息放入消息隊列。同樣，一個或多個任務可以通過內(nèi)核服務從消息隊列中得到消息。通過內(nèi)核服務從消息隊列中得到消息。 通常，先進入消息隊列的消息先給任務，遵循先進先通常，先進入消息隊列的消息先給任務，遵循先進先出原則（出原則（fifofifo）。）。 內(nèi)核提供的典型消息隊列服務如下：內(nèi)核提供的典型消息隊列服務如下：

23、1.1.消息隊列初始化，隊列初始化時總是清為空；消息隊列初始化，隊列初始化時總是清為空；2.2.放一則消息到隊列中去（放一則消息到隊列中去（postpost）；）；3.3.等待一則消息的到來（等待一則消息的到來（pendpend）；）；4.4.無等待取得消息。如果隊列中有消息則任務可以取得消無等待取得消息。如果隊列中有消息則任務可以取得消息，消息從隊列中取走；但如果此時隊列為空，則內(nèi)核不息，消息從隊列中取走；但如果此時隊列為空，則內(nèi)核不將該任務掛起，只是用特別的返回代碼通知調(diào)用者，隊列將該任務掛起，只是用特別的返回代碼通知調(diào)用者，隊列中沒有消息。中沒有消息。 中斷是指計算機在執(zhí)行程序的過程中，

24、當出現(xiàn)異常情中斷是指計算機在執(zhí)行程序的過程中，當出現(xiàn)異常情況或特殊請求時，計算機停止現(xiàn)行程序的運行，轉(zhuǎn)向?qū)@況或特殊請求時，計算機停止現(xiàn)行程序的運行，轉(zhuǎn)向?qū)@些異常情況或特殊請求的處理，處理結束后再返回到以下些異常情況或特殊請求的處理，處理結束后再返回到以下部分：部分：1.1.在前后臺系統(tǒng)中，程序回到后臺程序；在前后臺系統(tǒng)中，程序回到后臺程序；2.2.對非占先式內(nèi)核而言，程序回到被中斷了的任務；對非占先式內(nèi)核而言，程序回到被中斷了的任務；3.3.對占先式內(nèi)核而言，讓進入就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務對占先式內(nèi)核而言，讓進入就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務開始運行。開始運行。10.1.13 10.1.13 中

25、斷中斷 時鐘節(jié)拍是特定的周期性中斷。這個中斷可以看作時鐘節(jié)拍是特定的周期性中斷。這個中斷可以看作是系統(tǒng)心臟的脈動。中斷之間的時間間隔取決于不同應是系統(tǒng)心臟的脈動。中斷之間的時間間隔取決于不同應用，是機器周期的一個整數(shù)倍，一般為用，是機器周期的一個整數(shù)倍，一般為1010200ms200ms，視，視系統(tǒng)的復雜性和對實時性的要求而定。內(nèi)核對系統(tǒng)的復雜性和對實時性的要求而定。內(nèi)核對任務的切任務的切換和延時換和延時等操作都是基于時鐘節(jié)拍的。時鐘節(jié)拍的頻率等操作都是基于時鐘節(jié)拍的。時鐘節(jié)拍的頻率越快，系統(tǒng)的額外開銷就越大。越快，系統(tǒng)的額外開銷就越大。10.1.14 10.1.14 時鐘節(jié)拍時鐘節(jié)拍 rtx

26、51 rtx51是一款小巧的針對基于是一款小巧的針對基于80518051系列嵌入式系統(tǒng)的多任系列嵌入式系統(tǒng)的多任務實時操作系統(tǒng)。它的使用可以簡化比較復雜、有嚴格時間務實時操作系統(tǒng)。它的使用可以簡化比較復雜、有嚴格時間限制的軟件的設計過程。限制的軟件的設計過程。rtx51rtx51主要有兩個不同的可用版本：主要有兩個不同的可用版本： rtx5lfullrtx5lfull標準版標準版，既可以以循環(huán)（，既可以以循環(huán)（round round 一一robin robin ）方）方式執(zhí)行任務，也可以按式執(zhí)行任務，也可以按4 4級任務優(yōu)先級的方式切換不同優(yōu)先級級任務優(yōu)先級的方式切換不同優(yōu)先級的任務。的任務。

27、標準版以并行方式工作，支持中斷管理，信號和消標準版以并行方式工作，支持中斷管理，信號和消息可以通過郵箱系統(tǒng)在不同任務之間傳遞。息可以通過郵箱系統(tǒng)在不同任務之間傳遞。 rtx5ltinyrtx5ltiny精簡版精簡版，是其標準版的一個子集。它可以很容，是其標準版的一個子集。它可以很容易地運行在易地運行在80518051的單芯片系統(tǒng)而不需要任何外部數(shù)據(jù)存儲器。的單芯片系統(tǒng)而不需要任何外部數(shù)據(jù)存儲器。通用性強，系統(tǒng)需求低，但功能上受到限制。通用性強，系統(tǒng)需求低，但功能上受到限制。它只支持循環(huán)它只支持循環(huán)方式和信號方式的任務切換，而不支持優(yōu)先級方式的任務切方式和信號方式的任務切換，而不支持優(yōu)先級方式的

28、任務切換。換。 keil ckeil c中自帶了中自帶了rtx5ltinyrtx5ltiny，以下只講解，以下只講解rtx5ltinyrtx5ltiny的內(nèi)的內(nèi)容，出現(xiàn)容，出現(xiàn)rtx51rtx51的地方默認為其精簡版的地方默認為其精簡版rtx51tinyrtx51tiny。10.2 rtx51 10.2 rtx51 系統(tǒng)特點系統(tǒng)特點 rtx51 rtx51 可以在所有的可以在所有的8051 8051 系列芯片上運行。用戶只系列芯片上運行。用戶只需要用標準的需要用標準的c c語言編寫語言編寫rtx51 rtx51 程序，然后用程序，然后用c51c51編譯器編編譯器編譯即可生成代碼。譯即可生成代碼

29、。 rtx51 rtx51 程序設計需要包含實時運行頭文件和必要的庫程序設計需要包含實時運行頭文件和必要的庫文件，并且要用文件，并且要用bl51 bl51 連接定位器來實現(xiàn)連接。連接定位器來實現(xiàn)連接。 在在keilkeil中，你只需要在目標選項的中，你只需要在目標選項的targettarget標簽中的標簽中的operatingoperating中選擇中選擇rtx-51 tinyrtx-51 tiny，在你的頭文件中加上，在你的頭文件中加上#include #include 即可。即可。 在在rtx51 tinyrtx51 tiny環(huán)境下生成代碼，需要用到下列工具：環(huán)境下生成代碼，需要用到下列工

30、具：c51c51編譯器編譯器bl51bl51連接連接/ /定位器定位器a51a51宏匯編器宏匯編器 此外，庫文件此外，庫文件rtx51tny.librtx51tny.lib必須存放在環(huán)境變量必須存放在環(huán)境變量c51libc51lib所指定的路徑下。所指定的路徑下。 rtx51 tinyrtx51 tiny版可以運行在版可以運行在80518051的單芯片嵌入式系統(tǒng)上，的單芯片嵌入式系統(tǒng)上，且不需要任何外部數(shù)據(jù)存儲器，但也不排斥應用程序訪問且不需要任何外部數(shù)據(jù)存儲器，但也不排斥應用程序訪問外部的數(shù)據(jù)存儲器。外部的數(shù)據(jù)存儲器。rtx51 tinyrtx51 tiny版本可以使用版本可以使用c51c5

31、1所支持所支持的所有存儲模式。所使用的存儲模式只影響應用對象的存的所有存儲模式。所使用的存儲模式只影響應用對象的存儲位置。儲位置。rtx51 tinyrtx51 tiny的系統(tǒng)變量和應用程序的堆棧區(qū)總是的系統(tǒng)變量和應用程序的堆棧區(qū)總是存儲在存儲在80518051的片內(nèi)的片內(nèi)ramram中（即中（即datadata和和idataidata）。）。典型的典型的rtx51 tinyrtx51 tiny應用程序一般運行于應用程序一般運行于smallsmall存儲模式下。存儲模式下。 rtx51 tinyrtx51 tiny版本使用了版本使用了80518051的定時器的定時器0 0和定時器和定時器0 0

32、的中的中斷信號。斷信號。sfrsfr中的全局中斷允許位或定時器中的全局中斷允許位或定時器0 0中斷屏蔽位都中斷屏蔽位都可能使可能使rtx51 tinyrtx51 tiny停止運行。因此，除非有特殊的應用目停止運行。因此，除非有特殊的應用目的，應該使定時器的，應該使定時器0 0的中斷始終開啟，以保證的中斷始終開啟，以保證rtx51 tinyrtx51 tiny的正常運行。的正常運行。 實時操作系統(tǒng)的性能參數(shù)對嵌入式系統(tǒng)的應用開發(fā)也實時操作系統(tǒng)的性能參數(shù)對嵌入式系統(tǒng)的應用開發(fā)也有著直接影響，有著直接影響，rtx51rtx51的性能參數(shù)如下表所示。的性能參數(shù)如下表所示。描述描述rtx51 tiny

33、版本任務數(shù)任務數(shù)16ram 需求需求7 byte data, 3(任務數(shù)) byte idata代碼要求代碼要求900 byte硬件要求硬件要求定時器0系統(tǒng)時鐘系統(tǒng)時鐘10065535周期中斷響應時間中斷響應時間20周期任務切換時間任務切換時間100700周期依賴于堆棧裝載10.3 rtx51 10.3 rtx51 的程序結構的程序結構 rtx51tiny rtx51tiny通過循環(huán)（通過循環(huán)（round-robinround-robin）方式來實現(xiàn)多任）方式來實現(xiàn)多任務，以達到多個無限循環(huán)或任務的準并行執(zhí)行。這里的多務，以達到多個無限循環(huán)或任務的準并行執(zhí)行。這里的多任務并不是真正同時執(zhí)行的，

34、而是使用不同的時間片來執(zhí)任務并不是真正同時執(zhí)行的，而是使用不同的時間片來執(zhí)行，即只是宏觀上的同時執(zhí)行。它將可用的行，即只是宏觀上的同時執(zhí)行。它將可用的cpucpu周期分成多周期分成多個時間片，由個時間片，由rtx51rtx51把這些時間片分配給每一個任務使用。把這些時間片分配給每一個任務使用。每個任務只能在預定的時間片里運行。然后，每個任務只能在預定的時間片里運行。然后，rtx51rtx51再切換再切換到另一個己經(jīng)準備就緒的任務，讓它再執(zhí)行一定的時間片。到另一個己經(jīng)準備就緒的任務，讓它再執(zhí)行一定的時間片。 時間片一般是比較短促的，一個時間片大約只有毫秒時間片一般是比較短促的，一個時間片大約只有

35、毫秒級時間。正是由于這個原因，在用戶看來，多個任務似乎級時間。正是由于這個原因，在用戶看來，多個任務似乎是在同時執(zhí)行的。是在同時執(zhí)行的。 rtx51 rtx51 利用了一個由利用了一個由80518051定時器中斷信號驅(qū)動的定時定時器中斷信號驅(qū)動的定時程序來實現(xiàn)控制。定時器產(chǎn)生的周期性中斷信號用來驅(qū)動程序來實現(xiàn)控制。定時器產(chǎn)生的周期性中斷信號用來驅(qū)動rtx51rtx51的定時節(jié)拍。的定時節(jié)拍。 rtx51rtx51與用戶程序中的與用戶程序中的mainmain函數(shù)是無關的。用戶程序函數(shù)是無關的。用戶程序中即使沒有中即使沒有main main 程序，程序，操作系統(tǒng)也會自動從設定的任務操作系統(tǒng)也會自動

36、從設定的任務0 0開始執(zhí)行開始執(zhí)行。如果用戶程序中已經(jīng)有了。如果用戶程序中已經(jīng)有了main main 函數(shù)，就必須函數(shù)，就必須用人工方式來啟動用人工方式來啟動rtx51rtx51。這對于。這對于rtx51 tinyrtx51 tiny版，可以調(diào)版，可以調(diào)用用os_create_taskos_create_task函數(shù)來完成函數(shù)來完成. . 例：例：使用使用rtx51rtx51的的round-robinround-robin任務方式實現(xiàn)兩個任務任務方式實現(xiàn)兩個任務的調(diào)度執(zhí)行。程序中的兩個任務都是簡單的計數(shù)循環(huán)。的調(diào)度執(zhí)行。程序中的兩個任務都是簡單的計數(shù)循環(huán)。#include int counte

37、r0;int counter1;void job0(void) _task_ 0os_create_task(1); /*任務任務l 己準備就緒己準備就緒*/while (1) /*無限循環(huán)無限循環(huán)*/ counter0+; /*更新計數(shù)值更新計數(shù)值counter0*/ void job1(void) _task_ 1while(1) /*無限循環(huán)無限循環(huán)*/counter1+; /*更新計數(shù)值更新計數(shù)值counter1*/10.4 rtx5110.4 rtx51的功能函數(shù)的功能函數(shù) rtx51 rtx51精簡版支持的功能函數(shù)表精簡版支持的功能函數(shù)表 函數(shù)函數(shù)描述描述執(zhí)行周期數(shù)執(zhí)行周期數(shù)os_

38、create_task將任務移入執(zhí)行隊列302os_delete_task執(zhí)行隊列中移去某任務172os_send_signal發(fā)送一信號到某任務（從某任務調(diào)用）408（任務切換）316（快速任務切換）71（不含任務切換）os_clear_signal刪除一發(fā)送信號57isr_send_signal發(fā)送一信號到某任務（從中斷調(diào)用）46os_running_task_id返回當前執(zhí)行的任務號os_wait等待某事件68（對未就緒信號）160（對未就緒消息）os_wait1等待某事件os_wait2等待某事件10.4.1 10.4.1 信號控制函數(shù)信號控制函數(shù) isr_send_signal函數(shù)原

39、型函數(shù)原型 char isr_send_signal(unsigned char task_id);功能說明功能說明 發(fā)送一個信號到發(fā)送一個信號到task_idtask_id說明的任務。如果此任說明的任務。如果此任務已在等待一個信號，那么調(diào)用函數(shù)將使此任務就緒，準務已在等待一個信號，那么調(diào)用函數(shù)將使此任務就緒，準備執(zhí)行。否則，信號將存儲在此任務的信號標志中。此函備執(zhí)行。否則，信號將存儲在此任務的信號標志中。此函數(shù)只能從中斷函數(shù)中調(diào)用。數(shù)只能從中斷函數(shù)中調(diào)用。返返 回回 值值 如果執(zhí)行成功，此函數(shù)返回如果執(zhí)行成功，此函數(shù)返回0 0值；如果所指定的值；如果所指定的任務不存在，則返回任務不存在，則返

40、回-1 -1 。 os_clear_signal函數(shù)原型函數(shù)原型 char os_clear_signal(unsigned char task_id);功能說明功能說明 清除由清除由task_idtask_id說明的任務的信號說明的任務的信號返返 回回 值值 如果信號清除成功，此函數(shù)返回如果信號清除成功，此函數(shù)返回0 0值；如果所指定值；如果所指定的任務不存在，則返回的任務不存在，則返回-1-1 os_send_signal函數(shù)原型函數(shù)原型 char os_send_signal(unsigned char task_id);功能說明功能說明 發(fā)送一個信號到發(fā)送一個信號到task_idtas

41、k_id說明的任務。如果此任務說明的任務。如果此任務已在等待一個信號，那么調(diào)用函數(shù)將使此任務就緒，準備執(zhí)已在等待一個信號，那么調(diào)用函數(shù)將使此任務就緒，準備執(zhí)行。否則，信號將存儲在此任務的信號標志中。此函數(shù)只能行。否則，信號將存儲在此任務的信號標志中。此函數(shù)只能在任務函數(shù)中調(diào)用在任務函數(shù)中調(diào)用返返 回回 值值 如果執(zhí)行成功，此函數(shù)返回如果執(zhí)行成功，此函數(shù)返回0 0值；如果所指定的任值；如果所指定的任務不存在，則返回務不存在，則返回-1 -1 10.4.2 10.4.2 任務控制函數(shù)任務控制函數(shù) os_create_task函數(shù)原型函數(shù)原型 char os_create_task(unsigned

42、 char task_id);功能說明功能說明 啟動已定義的由啟動已定義的由task_idtask_id說明的任務。此任務說明的任務。此任務根據(jù)根據(jù)rtx51rtx51運行規(guī)則，標記為就緒，并準備執(zhí)行。運行規(guī)則，標記為就緒，并準備執(zhí)行。返返 回回 值值 如果任務成功啟動，此函數(shù)返回如果任務成功啟動，此函數(shù)返回0 0值；如果沒值；如果沒有有task_idtask_id說明的任務，則返回說明的任務，則返回-1-1 os_delete_task函數(shù)原型函數(shù)原型 char os_delete_task(unsigned char task_id);功能說明功能說明 停止停止task_idtask_id

43、說明的任務，此任務將從任務表中說明的任務，此任務將從任務表中刪除。刪除。返返 回回 值值 如果任務成功啟動，此函數(shù)返回如果任務成功啟動，此函數(shù)返回0 0值；如果沒有值；如果沒有task_idtask_id說明的任務，則返回說明的任務，則返回-1-1。 os_running_task_id函數(shù)原型函數(shù)原型 char os_running_task_id(unsigned char task_id);功能說明功能說明 判斷當前執(zhí)行任務的編號判斷當前執(zhí)行任務的編號返返 回回 值值 返回當前正在執(zhí)行的任務的編號，返回值為返回當前正在執(zhí)行的任務的編號，返回值為0 01515。 10.4.3 10.4.3

44、 延時控制函數(shù)延時控制函數(shù) os_wait函數(shù)原型函數(shù)原型 char os_wait( unsigned char event_sel, /*將要等待的事件*/ unsigned char tisks, /*將要等待的定時器時標數(shù)*/ unsigned char dummy ); /*未用參數(shù)*/ 功能說明功能說明 停止當前執(zhí)行的任務，并等待一個或多個事件，如時間間停止當前執(zhí)行的任務，并等待一個或多個事件，如時間間隔、超時、從另一個任務或中斷發(fā)出的信號等。參數(shù)隔、超時、從另一個任務或中斷發(fā)出的信號等。參數(shù)event_selevent_sel說明所說明所等待的一個事件或幾個事件的組合。事件種類如

45、下表所示。等待的一個事件或幾個事件的組合。事件種類如下表所示。 事件事件描述描述k_ivl定時器溢出k_sig收到信號k_tmo時間片超時rtx51rtx51的事件類別的事件類別os_waitos_wait函數(shù)的返回值表函數(shù)的返回值表 os_wait1 函數(shù)原型函數(shù)原型 char os_wait1(unsigned char event_sel);功能說明功能說明 暫停當前任務，等待一個事件的發(fā)生。它是暫停當前任務，等待一個事件的發(fā)生。它是os_waitos_wait函數(shù)的一個子集，不接受針對函數(shù)的一個子集，不接受針對os_waitos_wait函數(shù)提供的函數(shù)提供的全部事件。參數(shù)全部事件。參數(shù)

46、event_selevent_sel指定了等待的事件，它只能是指定了等待的事件，它只能是k_sigk_sig。返返 回回 值值 當信號事件發(fā)生時，任務就被允許執(zhí)行，任務的當信號事件發(fā)生時，任務就被允許執(zhí)行，任務的執(zhí)行將恢復。返回用于識別事件、使任務重新啟動的常量執(zhí)行將恢復。返回用于識別事件、使任務重新啟動的常量。 返回值返回值描述描述sig_event信號被接收tmo_event發(fā)生超時或事件間隔已過not_okevent_sel的值非法 os_wait2函數(shù)原型函數(shù)原型 char os_wait2( unsigned char event_sel, / /* *將要等待的事件將要等待的事件*

47、 */ / unsigned char tisks ); / /* *將要等待的定時器時標數(shù)將要等待的定時器時標數(shù)* */ /功能說明功能說明 與與os_waitos_wait相同，但是不需要相同，但是不需要dummydummy參數(shù)。參數(shù)。 返返 回回 值值 與與os_waitos_wait相同相同 10.5 rtx5110.5 rtx51的任務調(diào)度的任務調(diào)度 rtx51rtx51利用任務狀態(tài)來管理各個任務。用戶為利用任務狀態(tài)來管理各個任務。用戶為rtx51rtx51定定義的每個任務都會以各種狀態(tài)的某一種來運行。義的每個任務都會以各種狀態(tài)的某一種來運行。rtx51rtx51內(nèi)內(nèi)核為每個任務保留

48、了適當?shù)臓顟B(tài)如下表所示。核為每個任務保留了適當?shù)臓顟B(tài)如下表所示。rtx51rtx51的任務狀態(tài)表的任務狀態(tài)表 狀態(tài)狀態(tài)描述描述running運行狀態(tài)當前正在執(zhí)行的任務，在任一時刻只能有一個任務處于運行狀態(tài)ready就緒狀態(tài)等待執(zhí)行的任務，當前任務執(zhí)行完后，接著執(zhí)行就緒狀態(tài)任務waiting等待狀態(tài)等待某一事件的任務，如事件發(fā)生，任務進入就緒狀態(tài)deleted刪除狀態(tài)沒有啟動的任務time-out超時狀態(tài)與就緒狀態(tài)相似，放在round-robin中尚未執(zhí)行的任務 rtx51 rtx51以以round-robinround-robin多任務方式執(zhí)行程序，它支持多個多任務方式執(zhí)行程序，它支持多個無限

49、循環(huán)或任務的無限循環(huán)或任務的準并行執(zhí)行準并行執(zhí)行。任務不是被同時執(zhí)行，而是。任務不是被同時執(zhí)行，而是以以分時的方式輪片執(zhí)行分時的方式輪片執(zhí)行?？捎玫摹？捎玫腸pucpu時鐘周期被分成多個時間時鐘周期被分成多個時間片，然后由片，然后由rtx51 rtx51 將這些時間片分配給各個任務。每個任務將這些時間片分配給各個任務。每個任務只允許在預定的時間片中執(zhí)行，時間片用完時，只允許在預定的時間片中執(zhí)行，時間片用完時，rtx51rtx51就切換就切換至另一個就緒的任務，繼續(xù)執(zhí)行一段時間。時間片的具體長至另一個就緒的任務，繼續(xù)執(zhí)行一段時間。時間片的具體長度可以用配置函數(shù)度可以用配置函數(shù)timesharin

50、g來定義。來定義。 如果遇到因為一個任務處于等待并且占用了時間片而暫如果遇到因為一個任務處于等待并且占用了時間片而暫時無法往下執(zhí)行，可以調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)時無法往下執(zhí)行，可以調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)os_wait來通知來通知rtx51rtx51，以便將當前的以便將當前的任務掛起任務掛起而提前執(zhí)行另一任務。而提前執(zhí)行另一任務。 r t x 5 1r t x 5 1 中 處 理 任 務 分 配 的 模 塊 稱 為 調(diào) 度 程 序中 處 理 任 務 分 配 的 模 塊 稱 為 調(diào) 度 程 序（schedulerscheduler）。調(diào)度程序驅(qū)動哪個任務運行是按照以下的規(guī)）。調(diào)度程序驅(qū)動哪個任務運行是按照以下的規(guī)則進行

51、的：則進行的：（1 1）如果發(fā)生以下情況時，當前運行的任務將被中斷：）如果發(fā)生以下情況時，當前運行的任務將被中斷： 調(diào)用調(diào)用os_waitos_wait函數(shù)，而所等待的事件未來到；函數(shù)，而所等待的事件未來到； 任務的執(zhí)行時間已經(jīng)超過所定義的任務的執(zhí)行時間已經(jīng)超過所定義的round-robinround-robin循環(huán)時循環(huán)時間間隔間間隔（2 2）如果發(fā)生以下情況時，另一個任務將被啟動：）如果發(fā)生以下情況時，另一個任務將被啟動： 已沒有正在執(zhí)行的任務；已沒有正在執(zhí)行的任務； 將要執(zhí)行的任務處在就緒狀態(tài)或超時狀態(tài)。將要執(zhí)行的任務處在就緒狀態(tài)或超時狀態(tài)。 10.6 rtx5110.6 rtx51的系

52、統(tǒng)配置的系統(tǒng)配置 編寫編寫rtx51rtx51程序需要包含程序需要包含rtx51tny.h rtx51tny.h 文件。在程序中，需文件。在程序中，需要用一個關鍵字要用一個關鍵字“_task_” _task_” 來聲明一個函數(shù)的任務屬性。來聲明一個函數(shù)的任務屬性。rtx51rtx51程序不需要程序不需要main main 函數(shù)。在進行連接處理時，會將函數(shù)。在進行連接處理時，會將啟動任啟動任務務0 0的執(zhí)行所需要的代碼連接進來，作為開始執(zhí)行的代碼。的執(zhí)行所需要的代碼連接進來，作為開始執(zhí)行的代碼。 用戶可以更改配置文件用戶可以更改配置文件conf_tny.a51conf_tny.a51中的以下幾個

53、參數(shù)：中的以下幾個參數(shù)： 系統(tǒng)定時器中斷所用的寄存器組系統(tǒng)定時器中斷所用的寄存器組 系統(tǒng)定時器的時間間隔系統(tǒng)定時器的時間間隔 round-robin round-robin的超時（的超時（time-outtime-out）值）值 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的大小內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器的大小 rtx5l rtx5l啟動后的自由堆棧大小啟動后的自由堆棧大小 以下是配置文件的部分內(nèi)容：以下是配置文件的部分內(nèi)容：;rtx51 ;rtx51 的硬件定時器的硬件定時器; ;用下面的用下面的equequ可預置可預置rtx51rtx51的定時器時間常數(shù)的定時器時間常數(shù); ;用用8051 8051 定時器定時器0 0 作為控制軟件

54、的定時器作為控制軟件的定時器; ;定義定時器中斷用的寄存器組定義定時器中斷用的寄存器組int_regbank equ 1int_regbank equ 1 ; ;默認為寄存器默認為寄存器1 1組組; ;定義定義80518051定時器定時器0 0溢出所需的機器周期數(shù)溢出所需的機器周期數(shù)int_clock equ 10000int_clock equ 10000 ; ;默認周期數(shù)為默認周期數(shù)為10000 10000 ; ;定義定義round-robin round-robin 的的timeout timeout 所需的定時器溢出數(shù)所需的定時器溢出數(shù)timesharingtimesharing equ 5equ