關(guān)于RTX51 TINY的分析與探討

1 概述

RTX51 TINY是一種應(yīng)用于MCS5l系列單片機(jī)的小型多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。它完全集成在Keil C5l編譯器中，具有運(yùn)行速度快、對(duì)硬件要求不高、使用方便靈活等優(yōu)點(diǎn)，因此越來越廣泛地應(yīng)用到單片機(jī)的軟件開發(fā)中。它可以在單個(gè)CPU上管理幾個(gè)作業(yè)（任務(wù)），同時(shí)可以在沒有擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器的單片機(jī)系統(tǒng)上運(yùn)行。

RTX51 TINY允許同時(shí)“準(zhǔn)并行”地執(zhí)行多個(gè)任務(wù)：各個(gè)任務(wù)并非持續(xù)運(yùn)行，而是在預(yù)先設(shè)定的時(shí)間片(time slice)內(nèi)執(zhí)行。CPU執(zhí)行時(shí)間被劃分為若干時(shí)間片，RTX51 TINY為每個(gè)任務(wù)分配一個(gè)時(shí)間片，在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)允許執(zhí)行某個(gè)任務(wù)，然后RTX51 TINY切換到另一個(gè)就緒的任務(wù)并允許它在其規(guī)定的時(shí)間片內(nèi)執(zhí)行。由于各個(gè)時(shí)間片非常短，通常只有幾ms，因此各個(gè)任務(wù)看起來似乎就是被同時(shí)執(zhí)行了。

RTX51 TINY利用單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器0的中斷功能實(shí)現(xiàn)定時(shí)，用周期性定時(shí)中斷驅(qū)動(dòng)RTX51 TINY的時(shí)鐘。它最多可以定義16個(gè)任務(wù)，所有的任務(wù)可以同時(shí)被激活，允許循環(huán)任務(wù)切換，僅支持非搶占式的任務(wù)切換，操作系統(tǒng)為每一個(gè)任務(wù)分配一個(gè)獨(dú)立的堆棧區(qū)，在任務(wù)切換的同時(shí)改變堆棧的指針，并保存和恢復(fù)寄存器的值。RTX51 TINY沒有專門的時(shí)間服務(wù)函數(shù)和任務(wù)掛起函數(shù)，而是通過os_wait()中的參數(shù)設(shè)定實(shí)現(xiàn)的。使用RTX51 TINY時(shí)用戶程序中不需要包含main()函數(shù)，它會(huì)自動(dòng)地從任務(wù)0開始運(yùn)行。如果用戶程序中包含有main()函數(shù)，則需要利用 os_create_task函數(shù)來啟動(dòng)RTX51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。

2 任務(wù)切換

2.1 RTX51 TINY任務(wù)狀態(tài)

RTX51 TINY的用戶任務(wù)具有以下幾個(gè)狀態(tài)：

① 運(yùn)行(RUNNING)——任務(wù)正處于運(yùn)行中。同一時(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)可以處于“RUNNING”狀態(tài)。

② 就緒(READY)——等待運(yùn)行的任務(wù)處于“READY”狀態(tài)。在當(dāng)前運(yùn)行的任務(wù)退出運(yùn)行狀態(tài)后，就緒隊(duì)列中的任務(wù)根據(jù)調(diào)度策略被調(diào)度執(zhí)行，進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)。

③ 阻塞(BLOCKED)——等待一個(gè)事件的任務(wù)處于“BLOCKED”狀態(tài)。如果等待的事件發(fā)生，則此任務(wù)進(jìn)入“READY”狀態(tài)，等待被調(diào)度。

④ 休眠(SLEEPING)——被聲明過但沒有開始運(yùn)行的任務(wù)處于休眠狀態(tài)。運(yùn)行過但已經(jīng)被刪除的任務(wù)也處在休眠狀態(tài)中。

⑤ 超時(shí)(TIMEOUT)——任務(wù)由于時(shí)間片用完而處于“TIMEOUT”狀態(tài)，并等待再次運(yùn)行。該狀態(tài)與“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，因而單獨(dú)算作一個(gè)狀態(tài)。

處于“READY/TIMEOUT”、“RUNNING”和“BLOCKED”狀態(tài)的任務(wù)被認(rèn)為是激活的狀態(tài)，三者之間可以進(jìn)行切換。“SLEEPING”狀態(tài)的任務(wù)是非激活的，不能被執(zhí)行或認(rèn)為已經(jīng)終止。

2.2 RTX51 TINY任務(wù)切換

任務(wù)切換是RTX51 TINY提供的基本服務(wù)。RTX51 TINY是基于時(shí)間片調(diào)度算法的操作系統(tǒng)，它支持的是非搶占式的任務(wù)切換。所以在一個(gè)任務(wù)被執(zhí)行時(shí)不能對(duì)其進(jìn)行中斷，除非該任務(wù)主動(dòng)放棄CPU的資源，中斷才可以打斷當(dāng)前的任務(wù)，中斷完成后把CPU的控制權(quán)再交還該被中斷的任務(wù)。任務(wù)切換有兩種情況，一種是當(dāng)前任務(wù)主動(dòng)讓出CPU資源；另一種情況是在當(dāng)前任務(wù)的時(shí)間片已經(jīng)用完的情況下，進(jìn)行任務(wù)切換。CPU執(zhí)行時(shí)間被分成若干個(gè)時(shí)間片，RTX51 TINY為每個(gè)任務(wù)分配一個(gè)時(shí)間片。時(shí)間片是通過對(duì)變量TIMESHARING的設(shè)置來確定的，即用“TIMESHARING EQU 5;”設(shè)置多少個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期為一個(gè)時(shí)間片。系統(tǒng)默認(rèn)5個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘為一個(gè)時(shí)間片，如果晶振頻率為11.059 2 MHz，則時(shí)間片為10.850 7×5＝54.253 5 ms。

RTX51 TINY的任務(wù)切換共有TASKSWITCHING 和SWITCHINGNOW兩個(gè)入口，前者供定時(shí)器T0的中斷服務(wù)程序調(diào)用，后者供系統(tǒng)函數(shù)os_delete和os_wait調(diào)用。相應(yīng)地也有兩個(gè)不同的出口，分別是恢復(fù)保護(hù)現(xiàn)場和清除狀態(tài)標(biāo)志位。系統(tǒng)首先將當(dāng)前任務(wù)置為“TIMEOUT”狀態(tài)，等待下一次時(shí)間片循環(huán)，然后找到下一個(gè)處于“READY” 狀態(tài)的任務(wù)，通過堆棧管理，將自由堆?？臻g分配給該任務(wù)，使其成為當(dāng)前任務(wù)。清除使該任務(wù)進(jìn)入“READY”或“TIMEOUT”狀態(tài)的相關(guān)位后，執(zhí)行該任務(wù)。任務(wù)切換的流程如圖1所示。

圖1 任務(wù)切換流程