KEIL RTX51 TINY內(nèi)核的分析與應(yīng)用

1、KEIL RTX51 TINY內(nèi)核的分析與應(yīng)用                 摘要：簡要介紹RTX51 TINY的基本情況和使用方法；詳細(xì)分析這個(gè)內(nèi)核的任務(wù)管理和內(nèi)存管理的運(yùn)行機(jī)制，并給出其主要代碼流程圖。        關(guān)鍵詞：單片機(jī) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的RTX51    1 RTX51簡介  

2、60; 1.1 RTX51 TINY特性    RTX51是KEIL公司開發(fā)的用于8051系列單片機(jī)的多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它有兩個(gè)版本，RTX51 FULL和RTX51 TINY。    RTX51 TINY是RTX51 FULL的子集，僅支持按時(shí)間片循環(huán)任務(wù)調(diào)度，支持任務(wù)間信號傳遞，最大16個(gè)任務(wù)，可以并行地利用中斷。具有以下等待操作：超時(shí)、另一個(gè)任務(wù)或中斷的信號。但它不能進(jìn)行信息處理，不支持存儲區(qū)的分配和釋放，不支持占先式調(diào)度。RTX51 TINY一個(gè)很小的內(nèi)核，完全集成在KEIL C51編譯器中。更

3、重要的是，它僅占用800字節(jié)左右的程序存儲空間，可以在沒有外放數(shù)據(jù)存儲器的8051系統(tǒng)中運(yùn)行，但應(yīng)用程序仍然可以訪問外部存儲器。RTX51 TINY下文簡稱為內(nèi)核。    1.2 RTX51 TINY的使用    內(nèi)核完全集成在KEIL C51編譯器中，以系統(tǒng)函數(shù)調(diào)用的方式運(yùn)行，因此可以很容易地使用KEIL C51語言編寫和編譯一個(gè)多任務(wù)程序，并嵌入到實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中。內(nèi)核提供以下函數(shù)供應(yīng)用程序引用：    char os_create_task(task_id); 

4、   char os_delete_task(task_id);    char os_send_signal(task_id);    char isr_send_signal(task_id);    char os_clear_signal(task_id);    char os_running_task_id(void);    char os_wait(e

5、vent_sel,ticks,dummy)。    各函數(shù)的函數(shù)原型和具體意義。    2 RTX51 TINY內(nèi)核分析    2.1 任務(wù)狀態(tài)    RTX51 TINY的用戶任務(wù)具有以下幾個(gè)狀態(tài)。    *RUNNING：任務(wù)處于運(yùn)行中，同一時(shí)間只有一個(gè)任務(wù)可以處于“RUNNING”狀態(tài)。    *READY：任務(wù)正在等待運(yùn)行，在當(dāng)前運(yùn)行的任務(wù)時(shí)間片完成

6、之后，RTX51 TINY運(yùn)行下一個(gè)處于“READY”狀態(tài)的任務(wù)。    *WAITING：任務(wù)等待一個(gè)事件。如果所等待的事件發(fā)生的話，任務(wù)進(jìn)入“READY”狀態(tài)。    *DELETED：任務(wù)不處于執(zhí)行隊(duì)列。    *TIME OUT：任務(wù)由于時(shí)間片用完而處于“TIME OUT”狀態(tài)，并等待再次運(yùn)行。該狀態(tài)寫“READY”狀態(tài)相似，但由于是內(nèi)部操作過程使一個(gè)循環(huán)任務(wù)被切換而被冠以標(biāo)記。    圖1所示為任務(wù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖。 &#

7、160;  2.2 同步機(jī)制    為了能保證任務(wù)在執(zhí)行次序上的協(xié)調(diào)，必須采用同步機(jī)制。內(nèi)核用以下事件進(jìn)行任務(wù)間的通信和同步。    SIGNAL：用于任務(wù)之間通信的位，可以用系統(tǒng)函數(shù)置位或清除。如果一個(gè)任務(wù)調(diào)用os_wait函數(shù)等待SIGNAL而SIGNAL未置位，則該任務(wù)被掛起直到SIGNAL置位，才返回到READY狀態(tài)，并可被再次執(zhí)行。    TIMEOUT：由os_wait函數(shù)開始的時(shí)間延時(shí)，其持續(xù)時(shí)間可由定時(shí)節(jié)拍數(shù)確定。帶 有TIMEOUT值調(diào)用os_wa

8、it函數(shù)的任務(wù)將被掛起，直到延時(shí)結(jié)束，才返回到READY狀態(tài)，并可被再次執(zhí)行。    INTERVAL：由os_wait函數(shù)開始的時(shí)間間隔，其間隔時(shí)間可由定時(shí)節(jié)拍數(shù)確定。帶有INTERVAL值調(diào)用os_wait函數(shù)的任務(wù)將被掛起，直到間隔時(shí)間結(jié)束，然后返回到READY狀態(tài)，并可被再次執(zhí)行。與TIMEOUT不同的是，任務(wù)的節(jié)拍計(jì)數(shù)器不復(fù)位。    2.3 調(diào)度規(guī)則    RTX51 TINY使用8051內(nèi)部定時(shí)器T0來產(chǎn)生定時(shí)節(jié)拍，各任務(wù)只在各自分配的定時(shí)節(jié)拍數(shù)（時(shí)間片）內(nèi)執(zhí)行

9、。當(dāng)時(shí)間片用完后，切換至下一任務(wù)運(yùn)行，因此，各任務(wù)是并發(fā)執(zhí)行的。    調(diào)度規(guī)則如下：如果    ，且特定事件還沒有發(fā)生，任務(wù)執(zhí)行比循環(huán)切換所規(guī)定的時(shí)間長，則運(yùn)行任務(wù)被中斷；如果沒有其它任務(wù)正在運(yùn)行，任務(wù)處于“READY”或“TIMEOUT”狀態(tài)下等待運(yùn)行，則另一個(gè)任務(wù)開始。    2.4 任務(wù)控制塊    為了能描述和控制任務(wù)的運(yùn)行，內(nèi)核為每個(gè)任務(wù)定義了稱作任務(wù)控制塊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，主要包括三項(xiàng)內(nèi)容：   &

10、#160;ENTRYtask_id：task_id任務(wù)的代碼入口地址，位于CODE空間，2字節(jié)為一個(gè)單位。    STKPtaskid：taskid任務(wù)所使用堆棧棧底位置，位于IDATA空間，1字節(jié)為一個(gè)單位。    STATEtaskid.time和STATEtasked.state：前者表示任務(wù)的定時(shí)節(jié)折計(jì)數(shù)器，在每一次定時(shí)節(jié)拍中斷后都自減一次；后者表示任務(wù)狀態(tài)寄存器，用其各個(gè)位來表示任務(wù)所處的狀態(tài)。位于IDATA空間，以2字節(jié)為一單位。    2.5 存儲器管理

11、0;   內(nèi)核使用了KEIL C51編譯器的對全局變量和局部變量采取靜態(tài)分配存儲空間的策略，因此存儲器管理簡化為堆棧管理。內(nèi)核為每個(gè)任務(wù)都保留一個(gè)單獨(dú)的堆棧區(qū)，全部堆棧管理都在IDATA空間進(jìn)行。為了給當(dāng)前正在運(yùn)行的任務(wù)分配盡可能大的棧區(qū)，所以各個(gè)任務(wù)所用的堆棧位置是動態(tài)的，并用STKPtaskid來記錄各任務(wù)所用的堆棧位置是動態(tài)的，并用STKPtaskid來記錄和任務(wù)堆棧棧底位置。當(dāng)堆棧自由空間小于FREESTACK（默認(rèn)為20）個(gè)字節(jié)時(shí)，就會調(diào)用宏STACK_ERROR，進(jìn)行堆棧出錯處理。    在以下情況會進(jìn)行堆棧管理

12、：    *任務(wù)切換，將全部自由堆?？臻g分配正在運(yùn)行的任務(wù)；    *任務(wù)創(chuàng)建，將自由堆?？臻g的2個(gè)字節(jié)，分配給新創(chuàng)新的任務(wù)task_id，并將ENTRYtask_id，放入其堆棧；    *任務(wù)刪除，回收被刪除的任務(wù)task_id的堆?？臻g，并轉(zhuǎn)換為自由堆?？臻g。    堆棧管理如圖2所示。    3 代碼分析    內(nèi)核代碼用匯編語言寫成，可讀性差，但代

13、碼效率較高，主要由兩個(gè)源程序文件conf_tny.a51和rtxtny.a51組成。前者是一個(gè)配置文件，用來定義系統(tǒng)運(yùn)行所需要的全局變量和堆棧出錯的宏STACK_ERROR，這些全變量和宏，用戶都可以根據(jù)自己的系統(tǒng)配置靈活修改；后者是系統(tǒng)內(nèi)核，完成系統(tǒng)調(diào)用的所有函數(shù)。    3.1 主程序main    主程序main的主要任務(wù)是初始化各任務(wù)堆棧棧底指針STKP、狀態(tài)字STATE和定時(shí)器T0，創(chuàng)建任務(wù)0并將其導(dǎo)入運(yùn)行隊(duì)列。這個(gè)過程加上KEIL C51的啟動代碼CSTARTUP正是一般嵌入式系統(tǒng)中BSP所作的工作。    3.2 定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序    內(nèi)核使用定時(shí)器T0作為定時(shí)節(jié)拍發(fā)生器，是任務(wù)切換、時(shí)間片輪轉(zhuǎn)的依據(jù)。中斷服務(wù)程序有三個(gè)任務(wù)。    更新各個(gè)任務(wù)節(jié)拍數(shù)：將STATEtaskid.timer減1，如果某任務(wù)超時(shí)（STATEtaskid.timer=0），并且該任務(wù)正在等待超時(shí)事件，則將該任務(wù)置為“READY”狀態(tài)，使其返回任務(wù)隊(duì)列。    檢查自由堆