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1 概述 很多單片機的應用中都需要同時執(zhí)行很多任務。對于這樣的應用,我們可以利用實時操作系統(tǒng)來靈活地安排系統(tǒng)資源。RTX51是德國 Keil公司開發(fā)的一種應用于MCS51系列單片機的實時多任務操作系統(tǒng),它可以工作在所有8051 單片機以及派生家族中,簡化了復雜的軟件設計,縮短了項目周期。我們在實踐中用RTX51來開發(fā)單片機軟件,設計單片機控制的GPS接收板軟件,取得了很好地效果。
2 RTX51介紹
RTX51有2個模式:RTX51完全模式和最小模式。RTX51最小模式版是RTX51完全版的一個子集,可以很容易地運行在8051系統(tǒng)上,而不需要外部RAM(XDATA)。RTX51完全模式有4個任務優(yōu)先級,可以和中斷函數(shù)并行處理,各個任務之間通過使用“郵箱”系統(tǒng)來進行信號和消息的傳遞,可以從內存池中申請和釋放內存;同時,可以強制一個任務停止執(zhí)行,等待一個中斷,或者是其它中斷傳來的信號量或者消息。
RTX51對系統(tǒng)硬件的要求如表1所列。
| 描述 |
RTX51完全模式 |
RTX51最小模式 |
| 任務數(shù) |
最大256,19個激活任務,其中16個標準任務,3個快速任務 |
16 |
| RAM |
40~46字節(jié)RAM 20~200字節(jié)IDATA 最少450字節(jié)XDATA |
7字節(jié)DATA 3*任務數(shù)IDATA 不需要XDATA |
| ROM |
6KB~8KB |
900字節(jié) |
| 定時器 |
定時器0或1 |
定時器0 |
表1
2.1 RTX51任務
RTX51區(qū)分2類任務:快速任務和標準任務?焖偃蝿沼泻芸斓捻憫俣龋總快速任務使用8051一個單獨的寄存器組,并且有自己的堆棧區(qū)域。RTX51支持最大同時有3個快速任務。標準任務需要多一點的時間來進行任務切換,因此使用的內部RAM相對快速任務要少,所有的標準任務共用1個寄存器組和堆棧。當任務切換的時候,當前任務的寄存器狀態(tài)和堆棧內容轉移到外部存儲器中。RTX51支持最大16個標準任務。
RTX51任務狀態(tài):
(1)運行(RUNNING)-當前正在運行的任務處于RUNNING狀態(tài),同一時間只有1個任務可以運行。
(2)就緒(READY)-等待運行的任務處于READY狀態(tài),在當前運行的任務退出運行狀態(tài)后,就緒隊列中優(yōu)先級最高的任務進入到運行狀態(tài)。
(3)阻塞(BLOCKED)-等待一個事件的任務處于BLOCKED狀態(tài),如果事件發(fā)生且優(yōu)先級比正在運行的任務高,此任務進入運行狀態(tài);如果優(yōu)先級比正在運行的任務低,此任務進入READY狀態(tài)。
(4)刪除(DELETED)-沒有開始的任務處于刪除狀態(tài)。
(5)任務切換-RTX51包含一個事件驅動的任務切換機制,它能夠按照任務的優(yōu)先級進行切換,也就是搶占式多任務系統(tǒng);另外還有一個可選的時間片輪轉切換任務模式,在時間片輪轉模式下,同級別的任務是按照時間片分別占用CPU 的。RTX51任務有4個優(yōu)先級:0、1、2 可以分配給標準任務,優(yōu)先級3是為快速任務保留的。每個任務都可以等待事件的發(fā)生,而并不增加系統(tǒng)的負擔;任務可以等待消息、信號、 中斷、超時事件或者它們的組合。任務切換是按照一定規(guī)則進行的,包括:進入到“就緒”狀態(tài)的優(yōu)先級高的任務先執(zhí)行;如果“就緒” 狀態(tài)的幾個任務是同一個優(yōu)先級,那么最先進入“就緒”狀態(tài)的先執(zhí)行。
2.2 RTX51事件
*超時(timeout):掛起運行的任務指定數(shù)量的時鐘周期。
*間隔(interval):類似于超時,但是軟件定時器沒有復位,典型應用是產生時鐘。
*信號(signal):用于任務內部同步協(xié)調。
*消息(message):適用于RTX51 Full,用于信息的交換。我們可以把一個消息發(fā)送到一個特定的郵箱。消息由2字節(jié)組成,可以是用戶按照自己的需求定義的數(shù)據(jù),也可以是指向數(shù)據(jù)的指針。如果郵箱的消息列表已滿,而且是中斷發(fā)送消息,這個消息將會丟失;如果是任務發(fā)送消息,那么任務將會進入到等待狀態(tài),直到郵箱重新有了位置可以接收這一條信息。郵箱是按照FIFO的原則來管理消息的,如果幾個任務都在等待接收消息,那么最先進入等待接收隊列的將接收消息。一個郵箱最多可以存儲8條消息。當郵箱滿的時候,最多只能有16個等待任務。
*中斷(interrupt):適用于RTX51 Full,一個任務可以等待8051硬件中斷。
*信號量(semaphore):適用于RTX51 Full,信號量用于管理共享的系統(tǒng)資源。通過使用“令牌”,允許在同一時刻只有一個任務使用某些資源。如果幾個任務申請訪問同一個資源,那么首先提出申請的將允許訪問,其它的任務進入等待隊列,直到第1個任務操作完畢,下一個任務才能繼續(xù)。
Os_wait()函數(shù)掛起一個任務來等待一個事件的發(fā)生。這樣可以同步2個或幾個任務。它的工作過程如下:當任務等待的事件沒有發(fā)生的時候,系統(tǒng)掛起這個任務;當事件發(fā)生時,系統(tǒng)根據(jù)任務切換規(guī)則切換任務。
2.3 RTX51中斷處理 RTX51完全模式提供2種方法來處理中斷:一種是C51的中斷函數(shù),另一種是RTX51的任務中斷。它又可以分為快速任務中斷和標準任務中斷。對于中斷函數(shù)這種方法,它同時也可以在不使用RTX51的情況下使用,當中斷發(fā)生的時候,程序就跳到了相應的中斷函數(shù),它和正在運行的任務是相互獨立的,中斷的處理是在RTX51系統(tǒng)之外,和任務切換規(guī)則沒有關聯(lián)。對于任務中斷的方法,不管使用快速還是標準任務來處理中斷,如果中斷發(fā)生,等待中斷的任務就從“等待”狀態(tài)進入到就緒狀態(tài),并按照任務切換規(guī)則進行切換。這種中斷處理是完全 集成在RTX51的內部,硬件中斷事件的處理和信號、消息的處理是完全相同的。在系統(tǒng)響應時間上中斷函數(shù)是最快的。RTX51必須完全控制中斷使能寄存器,這樣才能遵守任務的切換規(guī)則并保證中斷程序的無誤進行。必須注意中斷使能寄存器是由RTX51完全控制的,禁止用戶手動修改。
3 應用實例
以下給出RTX51在單片機控制的GPS接收板上的應用。
(1)系統(tǒng)硬件組成
單片機W77E58、快速8051內核、32KB ROM、1KB的XDATA RAM,符合使用RTX51的硬件要求;鍵盤、GPS定位模塊、液晶顯示模塊。
(2)系統(tǒng)軟件構成
軟件運行環(huán)境KEIL uVision2 6.20集成開發(fā)環(huán)境加上RTX51完全版。任務KEY-BOARD,監(jiān)測鍵盤的情況,如果有按鍵按下,把按鍵的編碼發(fā)送到郵箱1,外部中斷1等待接收GPS數(shù)據(jù),并把數(shù)據(jù)存儲起來,向DISPLAY任務發(fā)出信號,進行處理。任務SEND_OUT,把接收到的數(shù)據(jù) 進行處理,并發(fā)送出去。任務VOICE進行語音輸出。
下面給出簡寫的源程序:
#include<RTX51.h> //包含RTX51文件 #define DISPLAY 0 #define SEND_OUT 1 #define KEY_BOARD 2 #define VOICE 3 void main(void) { init_system(); //系統(tǒng)初始化 os_start_system(DISPLAY); //啟動RTX51 } viod task0(void)_task_DISPLAY { os_set_slice(1000); //設置時間片大小 os_enable_isr(0); //允許外部中斷0 os_creat_task(SEND_OUT); //啟動SEND_OUT任務 os_creat_task(KEY_BOARD); //啟動KEY_BOARD任務 os_creat_task(VOICE); //啟動VOICE任務 for(;;){ switch(os_wait(K_SIG+K_MBX+1255,& keyboard)) //等待接收信號和鍵盤消息,分類處理 {case EVENT_SIGNAL; //當接收到信號的時候 display1(); break; case EVENT_MBOX: //當從郵箱接收到數(shù)據(jù)的時候 switch(keyboard) { case '1': ... os_send_signal(SEND_OUT); //向任務SEND_OUT發(fā)送信號 ... os_send_signal(VOICE);} //向任務VOICE發(fā)送信號 ...;} ...;} } void task1(void)_task_SEND_OUT //處理發(fā)送數(shù)據(jù)任務 { while(1) { os_wait(K_SIG,255,0) //等待信號 operation_send(); } void task3(void)_task_VOICE { while(1){ os_wait_signal(K_SIG,255,0); //等待語音處理信號 voice();} } void interrupt1(void)interrupt 2 using 1 { read_gps_data (p_gps_data); //接收數(shù)據(jù) isr_send_signal(DISPLAY); //向DISPLAY任務發(fā)信號 } #pragma REGISTERBANK (2) //使用寄存器組2 void task2(void)_task_KEYBOARD_priority_3 //設置為快速任務 { os_attach_interrupt(0); //綁定任務和外部中斷0 while(1){ os_wait(K_INT,255,0); //等待中斷的發(fā)生 KEY=iic_read_keyboard(); os_send_message(1,KEY,0);} //將鍵盤編碼發(fā)送到郵箱1 }
4 結論 通過實踐我們可以發(fā)現(xiàn),使用RTX51開發(fā)單片機程序更加方便了,尤其是較大的程序,避免了自己寫消息循環(huán)等煩瑣工作,效率明顯增加了。在硬件資源足夠的情況下,效果更加明顯。 |