2022年單片機(jī)課件-RTX實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)

第11章RTX51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用內(nèi)容提要

★前言

★RTX51系統(tǒng)特點(diǎn)★

RTX51的程序結(jié)構(gòu)

★RTX51的功能函數(shù)

★RTX51的任務(wù)調(diào)度

★

RTX51的系統(tǒng)配置

★RTX51的應(yīng)用舉例

★小結(jié)

11.1前言

RTX51是一款小巧的針對(duì)基于8051系列嵌入式系統(tǒng)的多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它的使用可以簡(jiǎn)化比較復(fù)雜、有嚴(yán)格時(shí)間限制的軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程。RTX51主要有兩個(gè)不同的可用版本：①RTX5lFull版。這里稱(chēng)之為RTX51的標(biāo)準(zhǔn)版，既可以以循環(huán)（Round一Robin）方式執(zhí)行任務(wù)，也可以按4級(jí)任務(wù)優(yōu)先級(jí)的方式切換不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。標(biāo)準(zhǔn)版以并行方式工作，支持中斷管理，信號(hào)和消息可以通過(guò)郵箱系統(tǒng)在不同任務(wù)之間傳遞。

②RTX5lTiny版。這里稱(chēng)之為RTX5l的精簡(jiǎn)版，是其標(biāo)準(zhǔn)版的一個(gè)子集。它可以很容易地運(yùn)行在8051的單芯片系統(tǒng)而不需要任何外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。通用性強(qiáng)，系統(tǒng)需求低，但功能上受到限制。它只支持循環(huán)方式和信號(hào)方式的任務(wù)切換，而不支持優(yōu)先級(jí)方式的任務(wù)切換。

由于KEILC中自帶了RTX5l的精簡(jiǎn)版RTX5lTiny，事實(shí)上精簡(jiǎn)版也能夠滿(mǎn)足絕大部分場(chǎng)合的應(yīng)用要求，所以以下只講解RTX5lTiny的內(nèi)容，出現(xiàn)RTX51的地方默認(rèn)為其精簡(jiǎn)版RTX51Tiny。

程序中還有另一個(gè)名為job1的任務(wù)（設(shè)定為任務(wù)l）。時(shí)間片一般是比較短促的，一個(gè)時(shí)間片大約只有毫秒級(jí)時(shí)間。elseprintf("\r");參數(shù)event_sel指定了等待的事件，它只能是K_SIG。voidjob1(void)_task_1①RTX5lFull版。voidlights(void)_task_LIGHTSRTX51精簡(jiǎn)版支持的功能函數(shù)如表11-2所示，具體含義分別介紹如下。功能說(shuō)明判斷當(dāng)前執(zhí)行任務(wù)的編號(hào)counter1++;;定義定時(shí)器中斷用的寄存器組每個(gè)任務(wù)只允許在預(yù)定的時(shí)間片中執(zhí)行，時(shí)間片用完時(shí)，RTX51就切換至另一個(gè)就緒的任務(wù)，繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間。典型的RTX51Tiny應(yīng)用程序一般運(yùn)行于SMALL存儲(chǔ)模式下。由于KEILC中自帶了RTX5l的精簡(jiǎn)版RTX5lTiny，事實(shí)上精簡(jiǎn)版也能夠滿(mǎn)足絕大部分場(chǎng)合的應(yīng)用要求，所以以下只講解RTX5lTiny的內(nèi)容，出現(xiàn)RTX51的地方默認(rèn)為其精簡(jiǎn)版RTX51Tiny。3RTX51的程序結(jié)構(gòu)在RTX51TINY環(huán)境下生成代碼，需要用到下列工具：C51編譯器BL51連接/定位器A51宏匯編器

此外，庫(kù)文件必須存放在環(huán)境變量C51LIB所指定的路徑下。

RTX51Tiny版可以運(yùn)行在8051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(chǔ)器，但也不排斥應(yīng)用程序訪(fǎng)問(wèn)外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。RTX51Tiny版本可以使用C51所支持的所有存儲(chǔ)模式。所使用的存儲(chǔ)模式只影響應(yīng)用對(duì)象的存儲(chǔ)位置。RTX51Tiny的系統(tǒng)變量和應(yīng)用程序的堆棧區(qū)總是存儲(chǔ)在8051的片內(nèi)RAM中（即DATA和IDATA）。典型的RTX51Tiny應(yīng)用程序一般運(yùn)行于SMALL存儲(chǔ)模式下。

RTX51Tiny版本使用了8051的定時(shí)器0和定時(shí)器0的中斷信號(hào)。SFR中的全局中斷允許位或定時(shí)器0中斷屏蔽位都可能使RTX51Tiny停止運(yùn)行。因此，除非有特殊的應(yīng)用目的，應(yīng)該使定時(shí)器0的中斷始終開(kāi)啟，以保證RTX51Tiny的正常運(yùn)行。 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的性能參數(shù)對(duì)嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā)也有著直接影響，RTX51的性能參數(shù)如表11-1所示。

11.3RTX51的程序結(jié)構(gòu)

RTX51Tiny通過(guò)循環(huán)（Round-Robin）方式來(lái)實(shí)現(xiàn)多任務(wù)，以達(dá)到多個(gè)無(wú)限循環(huán)或任務(wù)的準(zhǔn)并行執(zhí)行。這里的多任務(wù)并不是真正同時(shí)執(zhí)行的，而是使用不同的時(shí)間片來(lái)執(zhí)行，即只是宏觀上的同時(shí)執(zhí)行。它將可用的CPU周期分成多個(gè)時(shí)間片，由RTX51把這些時(shí)間片分配給每一個(gè)任務(wù)使用。每個(gè)任務(wù)只能在預(yù)定的時(shí)間片里運(yùn)行。然后，RTX51再切換到另一個(gè)己經(jīng)準(zhǔn)備就緒的任務(wù)，讓它再執(zhí)行一定的時(shí)間片。 時(shí)間片一般是比較短促的，一個(gè)時(shí)間片大約只有毫秒級(jí)時(shí)間。正是由于這個(gè)原因，在用戶(hù)看來(lái)，多個(gè)任務(wù)似乎是在同時(shí)執(zhí)行的。

RTX51利用了一個(gè)由8051定時(shí)器中斷信號(hào)驅(qū)動(dòng)的定時(shí)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。定時(shí)器產(chǎn)生的周期性中斷信號(hào)用來(lái)驅(qū)動(dòng)RTX51的定時(shí)節(jié)拍。 RTX51與用戶(hù)程序中的main函數(shù)是無(wú)關(guān)的。用戶(hù)程序中即使沒(méi)有main程序，操作系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)從設(shè)定的任務(wù)0開(kāi)始執(zhí)行。如果用戶(hù)程序中已經(jīng)有了main函數(shù)，就必須用人工方式來(lái)啟動(dòng)RTX51。這對(duì)于RTX51Tiny版，可以調(diào)用os_create_task函數(shù)來(lái)完成.

下面是一個(gè)只使用Round-Robin任務(wù)方式的簡(jiǎn)單RTX51程序?qū)嵗?。程序中的兩個(gè)任務(wù)都是簡(jiǎn)單的計(jì)數(shù)循環(huán)。RTX51從job0函數(shù)（設(shè)定為任務(wù)0）開(kāi)始執(zhí)行。程序中還有另一個(gè)名為job1的任務(wù)（設(shè)定為任務(wù)l）。系統(tǒng)一旦啟動(dòng)，在job0執(zhí)行一段時(shí)間后，RTx51就自動(dòng)切換到j(luò)ob1的執(zhí)行；而job1執(zhí)行一段時(shí)間后，RTX51又切換回job0，……如此無(wú)限循環(huán)地重復(fù)執(zhí)行下去。#include<rtx51tny.h>intcounter0;intcounter1;voidjob0(void)_task_0{os_create_task(1);/*任務(wù)l己準(zhǔn)備就緒*/while(1)/*無(wú)限循環(huán)*/{counter0++;/*更新計(jì)數(shù)值counter0*/}}voidjob1(void)_task_1{ while(1)/*無(wú)限循環(huán)*/ { counter1++;/*更新計(jì)數(shù)值counter1*/}}11.4RTX51的功能函數(shù)

RTX51精簡(jiǎn)版支持的功能函數(shù)如表11-2所示，具體含義分別介紹如下。

11.4.1信號(hào)控制函數(shù)

①isr_send_signal函數(shù)原型charisr_send_signal(unsignedchartask_id);功能說(shuō)明發(fā)送一個(gè)信號(hào)到task_id說(shuō)明的任務(wù)。如果此任務(wù)已在等待一個(gè)信號(hào)，那么調(diào)用函數(shù)將使此任務(wù)就緒，準(zhǔn)備執(zhí)行。否則，信號(hào)講存儲(chǔ)在此任務(wù)的信號(hào)標(biāo)志中。此函數(shù)只能從中斷函數(shù)中調(diào)用。返回值

如果執(zhí)行成功，此函數(shù)返回0值；如果所指定的任務(wù)不存在，則返回-1。②os_clear_signal函數(shù)原型charos_clear_signal(unsignedchartask_id);

功能說(shuō)明清除由task_id說(shuō)明的任務(wù)的信號(hào)返回值

如果信號(hào)清除成功，此函數(shù)返回0值；如果所指定的任務(wù)不存在，則返回-1

③os_send_signal函數(shù)原型charos_send_signal(unsignedchartask_id);

功能說(shuō)明發(fā)送一個(gè)信號(hào)到task_id說(shuō)明的任務(wù)。如果此任務(wù)已在等待一個(gè)信號(hào)，那么調(diào)用函數(shù)將使此任務(wù)就緒，準(zhǔn)備執(zhí)行。否則，信號(hào)講存儲(chǔ)在此任務(wù)的信號(hào)標(biāo)志中。此函數(shù)只能在任務(wù)函數(shù)中調(diào)用返回值

如果執(zhí)行成功，此函數(shù)返回0值；如果所指定的任務(wù)不存在，則返回-111.4.2任務(wù)控制函數(shù)

①os_create_task函數(shù)原型charos_create_task(unsignedchartask_id);

功能說(shuō)明啟動(dòng)已定義的由task_id說(shuō)明的任務(wù)。此任務(wù)根據(jù)RTX51運(yùn)行規(guī)則，標(biāo)記為就緒，并準(zhǔn)備執(zhí)行。返回值

如果任務(wù)成功啟動(dòng)，此函數(shù)返回0值；如果沒(méi)有task_id說(shuō)明的任務(wù)，則返回-1

②os_delete_task函數(shù)原型charos_delete_task(unsignedchartask_id);

功能說(shuō)明停止task_id說(shuō)明的任務(wù)，此任務(wù)將從任務(wù)表中刪除。返回值

如果任務(wù)成功啟動(dòng)，此函數(shù)返回0值；如果沒(méi)有task_id說(shuō)明的任務(wù)，則返回-1。

③os_running_task_id函數(shù)原型charos_running_task_id(unsignedchartask_id);

功能說(shuō)明判斷當(dāng)前執(zhí)行任務(wù)的編號(hào)返回值

返回當(dāng)前正在執(zhí)行的任務(wù)的編號(hào)，返回值為0～15。

11.4.3延時(shí)控制函數(shù)

①

os_wait函數(shù)原型charos_wait(unsignedcharevent_sel,/*將要等待 的事件*/ unsignedchartisks,/*將要等待的定時(shí)器時(shí)標(biāo)數(shù)*/ unsignedchardummy);/*未用參數(shù)*/功能說(shuō)明

停止當(dāng)前執(zhí)行的任務(wù)，并等待一個(gè)或多個(gè)事件，如時(shí)間間隔、超時(shí)、從另一個(gè)任務(wù)或中斷發(fā)出的信號(hào)等。參數(shù)event_sel說(shuō)明所等待的一個(gè)事件或幾個(gè)事件的組合。事件種類(lèi)如表11-3所示。

表11-4os_wait函數(shù)的返回值

②

os_wait1

函數(shù)原型charos_wait1(unsignedcharevent_sel);

功能說(shuō)明暫停當(dāng)前任務(wù)，等待一個(gè)事件的發(fā)生。它是os_wait函數(shù)的一個(gè)子集，不接受針對(duì)os_wait函數(shù)提供的全部事件。參數(shù)event_sel指定了等待的事件，它只能是K_SIG。

返回值

當(dāng)信號(hào)事件發(fā)生時(shí)，任務(wù)就被允許執(zhí)行，任務(wù)的執(zhí)行將恢復(fù)。返回用于識(shí)別事件、使任務(wù)重新啟動(dòng)的常量。

③

os_wait2函數(shù)原型charos_wait2(unsignedcharevent_sel,/*將要等 待的事件*/ unsignedchartisks);/*將要等待的定時(shí)器時(shí)標(biāo)數(shù)*/功能說(shuō)明與os_wait相同，但是不需要dummy參數(shù)。返回值

與os_wait相同

11.5RTX51的任務(wù)調(diào)度

RTX51利用任務(wù)狀態(tài)來(lái)管理各個(gè)任務(wù)。用戶(hù)為RTX51定義的每個(gè)任務(wù)都會(huì)以各種狀態(tài)的某一種來(lái)運(yùn)行。RTX51內(nèi)核為每個(gè)任務(wù)保留了適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)如表11-5所示。表11-5RTX51的任務(wù)狀態(tài)

RTX51以round-robin多任務(wù)方式執(zhí)行程序，它支持多個(gè)無(wú)限循環(huán)或任務(wù)的準(zhǔn)并行執(zhí)行。任務(wù)不是被同時(shí)執(zhí)行，而是以分時(shí)的方式輪片執(zhí)行?？捎玫腃PU時(shí)鐘周期被分成多個(gè)時(shí)間片，然后由RTX51將這些時(shí)間片分配給各個(gè)任務(wù)。每個(gè)任務(wù)只允許在預(yù)定的時(shí)間片中執(zhí)行，時(shí)間片用完時(shí)，RTX51就切換至另一個(gè)就緒的任務(wù)，繼續(xù)執(zhí)行一段時(shí)間。時(shí)間片的具體長(zhǎng)度可以用配置函數(shù)TIMESHARING來(lái)定義。 如果遇到因?yàn)橐粋€(gè)任務(wù)處于等待并且占用了時(shí)間片而暫時(shí)無(wú)法往下執(zhí)行，可以調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)os_wait來(lái)通知RTX51，以便將當(dāng)前的任務(wù)掛起而提前執(zhí)行另一任務(wù)。

RTX51中處理任務(wù)分配的模塊稱(chēng)為調(diào)度程序（Scheduler）。調(diào)度程序驅(qū)動(dòng)哪個(gè)任務(wù)運(yùn)行是按照以下的規(guī)則進(jìn)行的：（1）如果發(fā)生以下情況時(shí)，當(dāng)前運(yùn)行的任務(wù)將被中斷：調(diào)用os_wait函數(shù)，而所等待的事件未來(lái)到；任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間已經(jīng)超過(guò)所定義的Round-Robin循環(huán)時(shí)間間隔（2）如果發(fā)生以下情況時(shí)，另一個(gè)任務(wù)將被啟動(dòng)： 已沒(méi)有正在執(zhí)行的任務(wù)；將要執(zhí)行的任務(wù)處在就緒狀態(tài)或超時(shí)狀態(tài)。

11.6RTX51的系統(tǒng)配置

編寫(xiě)RTX51程序需要包含RTX51TNY.H文件。在程序中，需要用一個(gè)關(guān)鍵字“_task_”來(lái)聲明一個(gè)函數(shù)的任務(wù)屬性。RTX51程序不需要main函數(shù)。在進(jìn)行連接處理時(shí)，會(huì)將啟動(dòng)任務(wù)0的執(zhí)行所需要的代碼連接進(jìn)來(lái)，作為開(kāi)始執(zhí)行的代碼。用戶(hù)可以更改配置文件CONF_TNY.A51中的以下幾個(gè)參數(shù)：①

系統(tǒng)定時(shí)器中斷所用的寄存器組②

系統(tǒng)定時(shí)器的時(shí)間間隔③

Round-Robin的超時(shí)（time-out）值④

內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的大?、軷TX5l啟動(dòng)后的自由堆棧大小

以下是配置文件的部分內(nèi)容：;RTX51的硬件定時(shí)器;用下面的EQU可預(yù)置RTX51的定時(shí)器時(shí)間常數(shù);用8051定時(shí)器0作為控制軟件的定時(shí)器;定義定時(shí)器中斷用的寄存器組INT_REGBANK EQU 1;默認(rèn)為寄存器1組;定義8051定時(shí)器0溢出所需的機(jī)器周期數(shù)INT_CLOCK EQU 10000;默認(rèn)周期數(shù)為10000;定義Round-Robin的Timeout所需的定時(shí)器溢出數(shù)TIMESHARING EQU 5 ;默認(rèn)為5次;注意：Round-Robin任務(wù)切換可用TIMESHARING為0來(lái)屏蔽

;RTX51堆?？臻g;以下的EQU語(yǔ)句定義了堆棧區(qū)的片內(nèi)RAM體積和最小自由堆?？臻g：定義了堆?？臻g耗盡后所執(zhí)行的宏代碼；定義最大的堆棧RAM地址RAMTOP EQU 0FFH ；默認(rèn)地址是255;定義最小的堆棧自由空間FREE_STACK EQU 20；默認(rèn)為20字節(jié)堆棧自由空間;；發(fā)生堆棧用盡時(shí)的執(zhí)行代碼STACK_ERRORMACROCLREA ;關(guān)閉所有中斷SJMP$;如堆?？臻g耗盡，進(jìn)入死循環(huán)ENDM在這個(gè)配置文件中，定義了許多可以修改的參數(shù)，以適應(yīng)用戶(hù)特定的應(yīng)用程序環(huán)境。這些參數(shù)的說(shuō)明詳見(jiàn)表11-6所示。

voidlights(void)_task_LIGHTS{ while(1) /*任務(wù)必須是死循環(huán)*/ { os_wait1(K_SIG);/*等待信號(hào)量（由clock任務(wù)發(fā)出）*/ switch(showLightState)/*判斷showLightState狀態(tài)*/ { caseGREEN:/*顯示綠燈*/ printf("NOWis