微型搶占式多任務(wù)實(shí)時內(nèi)核設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：事件驅(qū)動 優(yōu)先級 任務(wù)管理 消息 信號 同步

市面上有很多優(yōu)秀的嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)（RTOS），但在中低端微控制器（MCU）上運(yùn)行性能良好的RTOS內(nèi)核并不多。在高檔機(jī)下，功能強(qiáng)大、運(yùn)行極好的嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)，移植到中低端機(jī)上時性能很可能大幅度下降。一個很重要的原因就是它的大部分功能對中低檔系統(tǒng)來說是不需要的，反而成為制約性能的累贅。中低檔微控制器與高檔機(jī)相比，一方面，尋址能力有限，處理速度慢，在相同的實(shí)時性能要求下，對內(nèi)核的代碼效率的要求更為嚴(yán)格；另一方面，中低檔機(jī)完成的任務(wù)相對簡單，減少了對內(nèi)核的功能需求，比如可以不需要內(nèi)存管理。從嵌入式系統(tǒng)的共性來說，大多數(shù)情況下用戶程序和系統(tǒng)內(nèi)核是緊密結(jié)合在一起的，運(yùn)行時存儲器容量消耗、任務(wù)的數(shù)量、執(zhí)行時間和結(jié)果都是可以預(yù)計(jì)的，這可進(jìn)一步縮小對內(nèi)核的功能需求。

??事件驅(qū)動的觀點(diǎn)認(rèn)為，任務(wù)應(yīng)該是被動地響應(yīng)外界發(fā)生的各種事件，而不是主動地去“查詢”，浪費(fèi)處理器時間。采用事件驅(qū)動編程的方法，不僅提高了運(yùn)行效率，而且降低了事件處理之間的耦合，使程序流程非常清晰，從而可大大提高開發(fā)效率。

??充分考慮中低端微控制器的硬件特點(diǎn)和嵌入式系統(tǒng)軟件的需求，引入“事件驅(qū)動”的觀念，筆者開發(fā)了一個微型的搶占式多任務(wù)RTOS內(nèi)核――MicroStar。支持任務(wù)的動態(tài)創(chuàng)建、刪除、睡眠、掛起和恢復(fù)，提供消息（message）和信號（signal）兩種任務(wù)間的通信方案、完善的定時器服務(wù)和功能齊全的任務(wù)同步函數(shù)庫。限于篇幅，著重論述幾個與眾不同的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)。

1 調(diào)度策略

1.1 基于事件的優(yōu)先級

??對內(nèi)核的實(shí)時性能來說，調(diào)度策略是關(guān)鍵。好的調(diào)度策略，既要體現(xiàn)各任務(wù)因所處理的事件對實(shí)時性的不同要求而帶來的優(yōu)先級差異，又要保證一定的公平性，避免出現(xiàn)低優(yōu)先級任務(wù)長時間得不到執(zhí)行的極端情形。常用的調(diào)度策略有兩種：一種是按時間片輪轉(zhuǎn)(round robin)調(diào)度，如RTX51；另一種是嚴(yán)格按優(yōu)先級的占先式調(diào)度，如μC/OS。

??按時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度能很好地保證公平，但優(yōu)先級的差異是通過對處理器的占用時間的多少來體現(xiàn)的。如果各個任務(wù)都不主動放棄執(zhí)行，高優(yōu)先級的任務(wù)能夠比低優(yōu)先級任務(wù)獲得更多的處理器時間；但在嵌入式系統(tǒng)中，某個事件要求實(shí)時處理，并不意味著該處理需要較長的時間，而往往是要求盡快響應(yīng)。因此，采用按時間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度，實(shí)時性不會太好。

??如果嚴(yán)格按任務(wù)的優(yōu)先級來調(diào)度，可極大地提升系統(tǒng)的實(shí)時性，但卻欠缺公平。如果高優(yōu)先級任務(wù)是個無等待的死循環(huán)，低優(yōu)先級任務(wù)就無法獲得執(zhí)行機(jī)會。

??一個好的辦法是兩者的結(jié)合，即可由任務(wù)的優(yōu)先級產(chǎn)生調(diào)度，也可以由時間片到產(chǎn)生新的任務(wù)調(diào)度，如VxWorks；但是實(shí)現(xiàn)起來較為復(fù)雜，不一定適合中低檔MCU。為此，基于以下事實(shí)，提出“基于事件的優(yōu)先級(events based priority)”這一新觀念。

??① 一個任務(wù)往往處理多個事件，各個事件對實(shí)時性的要求不盡相同。一般的RTOS下，任務(wù)的優(yōu)先級是根據(jù)這些事件中對實(shí)時性要求最高的一個來確定的。因此，高優(yōu)先級任務(wù)在處理對實(shí)時性要求不高的事件時，完全可能會妨礙低優(yōu)先級任務(wù)處理具有一定實(shí)時性要求的事件。

??② 有些情況下，對同一事件的處理可分為前臺處理和后臺處理：前臺處理所需時間短，對實(shí)時性有較高的要求；后臺處理花費(fèi)時間長，對實(shí)時性則無多大要求。

??如果根據(jù)正在處理和等待處理的事件對實(shí)時性的不同要求，更細(xì)致地按事件處理的前后臺階段，動態(tài)地調(diào)整任務(wù)的優(yōu)先級，采用優(yōu)先級調(diào)度策略，既可發(fā)揮實(shí)時性好的優(yōu)點(diǎn)，又可在一定限度內(nèi)保證公平。這種情況下，任務(wù)的優(yōu)先級不再是一成不變的，而是動態(tài)地取決于所處理的事件和處理階段，這就是所謂的“基于事件的優(yōu)先級”。

1.2 在MicroStar中的實(shí)現(xiàn)

??MicroStar中任務(wù)的優(yōu)先級是由靜態(tài)優(yōu)先級和動態(tài)優(yōu)先級共同決定的。靜態(tài)優(yōu)先級等同于其它RTOS中的優(yōu)先級；動態(tài)優(yōu)先級為基于事件的優(yōu)先級――由內(nèi)核根據(jù)任務(wù)正在處理和等待處理的事件動態(tài)調(diào)整。靜態(tài)優(yōu)先等級限定為0~15級，不允許創(chuàng)建靜態(tài)優(yōu)先級相同的任務(wù)。動態(tài)優(yōu)先等級目前只有0(亦稱緊急級)、1(亦稱普通級)兩級。任務(wù)的實(shí)際優(yōu)先等級可由下式來計(jì)算：

??優(yōu)先等級＝動態(tài)優(yōu)先等級16 + 靜態(tài)優(yōu)先等級。

??優(yōu)先等級值越大，優(yōu)先級越低。可以看出，動態(tài)優(yōu)先級起決定作用。

??怎樣實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級動態(tài)可調(diào)呢?首先簡要介紹MacroStar中任務(wù)的四個狀態(tài)：

??休眠(dormant)――任務(wù)因調(diào)用睡眠函數(shù)、掛起函數(shù)或者等待內(nèi)核同步對象而進(jìn)入休眠態(tài)；

??等待(waiting)――任務(wù)因等待消息或者信號(勿與“信標(biāo)”、“信號量”相混淆)而進(jìn)入等待態(tài)；

??就緒(ready)――任務(wù)運(yùn)行的條件都已俱備，只等被調(diào)度，稱為就緒態(tài)，亦稱可調(diào)度態(tài)；

??運(yùn)行(running)――任務(wù)正在使用處理器的資源，稱為運(yùn)行態(tài)。

??這些狀態(tài)都是用標(biāo)志位來實(shí)現(xiàn)的。16個靜態(tài)優(yōu)先級對應(yīng)的任務(wù)的某一狀態(tài)剛好可用一個16位的二進(jìn)制數(shù)來標(biāo)識。休眠態(tài)用os_slpState來表示，從高位算起，第N位為0表示靜態(tài)優(yōu)先級為N的任務(wù)處于休眠態(tài)。等待態(tài)是依據(jù)“事件驅(qū)動”觀念而專為消息和信號而設(shè)計(jì)的，用os_rdyhState和os_rdyState兩個16位的變量來記錄。只有當(dāng)os_rdyhState和os_rdyState的第N位均為0時，才表示靜態(tài)優(yōu)先級為N的任務(wù)處于等待態(tài)。如果任務(wù)處于非等待狀態(tài)，意味著任務(wù)已在處理事件或者有事件要處理(可以認(rèn)為任務(wù)一開始就處理“啟動”這個“虛擬事件”)，這時，才有動態(tài)優(yōu)先級的概念。如果os_rdyhState中的第N位為1，表示靜態(tài)優(yōu)先級為N的任務(wù)的動態(tài)優(yōu)先級為緊急級；如果os_rdyhState第N位為0，則表示靜態(tài)優(yōu)先級為N的任務(wù)的動態(tài)優(yōu)先級為普通級。要求實(shí)時處理的事件發(fā)生后，內(nèi)核簡單將os_rdyhState相應(yīng)位置1，提升任務(wù)的動態(tài)優(yōu)先級；當(dāng)前事件處理完畢后，如果已無實(shí)時性要求較高的事件等待處理，簡單地將os_rdyhState相應(yīng)位清0，降低任務(wù)的動態(tài)優(yōu)先級。由此，即可實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級的動態(tài)可調(diào)。只有當(dāng)任務(wù)既不處在休眠態(tài)也不處在等待態(tài)時，任務(wù)才是可以調(diào)度的。

2 任務(wù)管理

2.1 任務(wù)控制塊

??多任務(wù)系統(tǒng)中用任務(wù)控制塊（TCB）來記錄任務(wù)的各種屬性。在這些屬性中，最重要的是任務(wù)堆棧棧頂?shù)刂?。進(jìn)行上下文切換（context switch）時，被停止執(zhí)行的任務(wù)的所有寄存器狀態(tài)、下一條代碼的地址都要入棧保護(hù)，因而這個屬性是必需的。如果允許修改任務(wù)的優(yōu)先級，優(yōu)先級屬性也是必需的。所以，將任務(wù)控制塊簡化如下：

typedef struct{

uint_16 msg[2]; /*消息接收區(qū)*/

int * sp; /*堆棧棧頂指針*/

uchar priority; /*靜態(tài)優(yōu)先級*/

uchar reserved; /*保留 */

}TCB,*PTCB;

TCB os_tcbs[ USER_TASK_NUM +1 ];

/*用戶任務(wù)數(shù)最多為15個*/

??msg用來存儲發(fā)送給任務(wù)的消息，兩個16位的二進(jìn)制可按位存放32個消息。sp指向任務(wù)堆棧棧頂。priority記錄任務(wù)的靜態(tài)優(yōu)先級。數(shù)組os_tcbs用來記錄系統(tǒng)所有任務(wù)的信息，其下標(biāo)與任務(wù)的ID號相對應(yīng)，即ID號為N的任務(wù)的控制塊為os_tcbs[N]。

2.2 任務(wù)的創(chuàng)建

os_CreateTask函數(shù)用來創(chuàng)建一個任務(wù)：

void os_CreateTask(

TASKPROC task, //任務(wù)函數(shù)的指針

uchar taskId, //任務(wù)的ID號

uchar priority, //優(yōu)先級

int 　* pStack, //任務(wù)堆棧棧底地址

void * param //任務(wù)函數(shù)的入口參數(shù)

);

typedef void (*TASKPROC)( void * param);

??創(chuàng)建任務(wù)時，內(nèi)核要做以下幾方面的工作：① 初始化任務(wù)控制塊；② 初始化任務(wù)堆棧，使其如同被其它任務(wù)搶斷時的情形；③ 將任務(wù)狀態(tài)置為就緒態(tài)。該函數(shù)是依賴于處理器的，圖1是較為通用的描述。

??中斷程序中，在高優(yōu)先級任務(wù)剝奪低優(yōu)先級任務(wù)之前，內(nèi)核將斷點(diǎn)時的各寄存器狀態(tài)入棧保護(hù)，這部分區(qū)域即為寄存器映像區(qū)。將任務(wù)退出函數(shù)os_Exit的地址先于任務(wù)函數(shù)MyTask入棧，以使MyTask函數(shù)退出后返回到os_Exit中去，由此來實(shí)現(xiàn)任務(wù)的自動刪除。

2.3 任務(wù)切換

??與任務(wù)創(chuàng)建一樣，任務(wù)切換代碼與硬件相關(guān)。在PC機(jī)上，代碼和步驟如下：

　void interrupt os_Schedule( )　　…………（1）

{

if( os_nLayers )return;

os_nLayers++; 　 …………（2）

_DX = (int)os_pCurTCB;

/*os_pCurTCB指向當(dāng)前任務(wù)的控制塊*/

　　*(int*)(_DX+4) = _SP;

　　*(int*)(_DX+6) = _SS; …………（3）

　　os_GetReadyTask( ); …………（4）

　　_DX = (int)os_pCurTCB;

　　_SP = *(int*)(_DX+4);

　　_DX = *(int*)(_DX+6);

　　_SS = _DX; 　 …………（5）

　　os_nLayers--;? 　 …………（6）

　　UNLOCK_INT( );

} 　 …………（7）

(1)利用C語言interrupt關(guān)鍵字使各寄存器入棧保護(hù)。（2）鎖定調(diào)度器，不允許重調(diào)度。（3）將當(dāng)前任務(wù)的棧頂?shù)刂罚ㄓ啥褩６渭拇嫫鱏S和棧指針寄存器SP組成）保存在os_pCurTCB->sp中（PC機(jī)下，TCB中的sp定義為遠(yuǎn)指針類型）。（4）選出優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)(方法類似于μC/OS)，并將os_pCurTCB指向新任務(wù)的控制塊。（5）棧寄存器指向新任務(wù)的棧頂?shù)刂?。?）解鎖調(diào)度器。（7）各寄存器出棧，恢復(fù)到上次被中斷時的情形。

3 消息與信號

??為很好地支持事件驅(qū)動編程，MicroStar借鑒了Windows的“基于消息，事件驅(qū)動”觀念，并加以擴(kuò)展。在MicroStar中，事件不僅可以觸發(fā)消息、信號，而且由事件觸發(fā)的消息或信號是有優(yōu)先級的，這是因?yàn)椴煌录μ幚淼膶?shí)時性要求是不同的。內(nèi)核正是根據(jù)消息、信號的優(yōu)先級來動態(tài)調(diào)整任務(wù)的動態(tài)優(yōu)先級的。

3.1 消 息

??消息是一種很友好的通信方式?？紤]中低檔單片機(jī)的內(nèi)存容量和需求，將消息簡化為一個0~31的值。采用固定位圖存儲格式，將這32個值映射到任務(wù)控制塊的msg域，這大大減小了存儲空間?？蓪sg域看作一個32位的二進(jìn)制變量，第i位為1，表示有值為i的消息，因此消息的存取只需通過簡單的“與”、“或”運(yùn)算。消息的優(yōu)先級依值而定，值越大，優(yōu)先級越低。在系統(tǒng)范圍內(nèi)，消息優(yōu)先級又分為兩級：緊急級（值0~15）與普通級（值16~31）。當(dāng)有緊急消息發(fā)送給任務(wù)時，內(nèi)核會提升任務(wù)的動態(tài)優(yōu)先級，從而提高消息處理的實(shí)時性。當(dāng)任務(wù)無緊急消息要處理時，內(nèi)核就降低它的動態(tài)優(yōu)先級。發(fā)送消息的核心代碼如下：

/*const uint_16 os_maskTable[16] ={ 0x8000,0x4000, .....,0x0008,0x0004,0x0002,0x0001 */

if( msg0xF0 ) { /*普通級消息*/

pTCB->msg[1] |= os_maskTable[msg0x0F];

/*普通級消息存在msg[1]中*/

os_rdyState |= os_maskTable[pTCB->priority];

}

else { /*緊急級消息*/

pTCB->msg[0] |= os_maskTable[msg]; ;

/*緊急級消息存在msg[0]中*/

os_rdyhState |= os_maskTable[pTCB->priority];

/*提升動態(tài)優(yōu)先級*/

}

??與先進(jìn)先出(FIFO)方式的消息隊(duì)列不同，內(nèi)核總是取出優(yōu)先級最高的消息來交給任務(wù)處理。消息接收函數(shù)os_GetMessage設(shè)計(jì)思路如下：如果消息接收區(qū)中無緊急消息，則降低任務(wù)的動態(tài)優(yōu)先級；如果消息接收區(qū)中有消息，則取出優(yōu)先級最高的消息；如果沒有消息，則將任務(wù)轉(zhuǎn)為等待態(tài)?？紤]有時候不希望任務(wù)進(jìn)入等待態(tài)，MicroStar還提供了非阻塞的os_PeekMessage消息接收函數(shù)。

3.2 信 號

??在嵌入式系統(tǒng)編程中，常利用標(biāo)志位來實(shí)現(xiàn)前后臺程序或不同的任務(wù)間的通信。MicroStar也提供了類似的任務(wù)間的通信方式――信號（signal）。它避免了用戶程序因不斷查詢標(biāo)志位而帶來的時間浪費(fèi)，而且支持信號間的“與”、“或”運(yùn)算。通俗來說，信號就是標(biāo)志位，用來標(biāo)識某個事件的發(fā)生。同消息一樣，信號也有緊急級與普通級之分。與消息不同的是，信號完全由用戶程序創(chuàng)建和維護(hù)，內(nèi)核只是幫助用戶程序等待信號，以避免低效率的標(biāo)志位查詢。使用起來不如消息直觀，但執(zhí)行效率較高。實(shí)現(xiàn)起來非常簡單，請參見源碼。

圖1

4 定時器

??定時器在嵌入式系統(tǒng)有著大量的用途，如LED的定時刷新、串口通信中的超時檢查。對定時器的需求分為兩類，一種是周期性重復(fù)定時，比如每隔10ms去刷新LED；另一種是僅需定時一次的一次性定時。定時時長以系統(tǒng)時鐘節(jié)拍（tick,又譯作滴達(dá)）作為單位。兩次系統(tǒng)定時中斷之間的時間間隔為一個節(jié)拍。定時器結(jié)構(gòu)體如下：

typedef struct{

uint_16 elapse; /*定時時長的余值*/

uint_16 backTime; /*定時時長的備份值*/

MSG timerId; /*定時器ID號*/

uchar taskId; /*擁有該定時器的任務(wù)的ID*/

TIMERPROC lpTimerFunc; /*定時調(diào)用的函數(shù)指針*/

}TIMER,*PTIMER;

TIMER　os_timers[USER_TIMER_NUM]; /*最多為16個*/

??周期性定時和一次性定時是通過timerId來區(qū)分的。如果timeId為64，為一次性定時；如果timerId不大于32，則為周期性定時。用os_timers數(shù)組記錄定時器信息，用16位的os_timerState表示定時器的狀態(tài)。如果os_timerState的二進(jìn)制數(shù)的第N位為1，則表示os_timers[N]空閑可用。

??對周期性定時器，每隔定時時長的時間，內(nèi)核就調(diào)用的lpTimerFunc指向的函數(shù)，并且將timerId以消息的方式發(fā)送給任務(wù)，對任務(wù)的動態(tài)優(yōu)先級的影響與普通消息一樣。因此，要想取得實(shí)時性較好的定時器，只需將timerId設(shè)在0~15之間。與一次性定時相關(guān)的是睡眠函數(shù)和限時等待同步對象的函數(shù)。任務(wù)使用這兩個函數(shù)而進(jìn)入休眠態(tài)后，在定時時間到時，內(nèi)核將其恢復(fù)為就緒態(tài)，并自動釋放定時器資源。系統(tǒng)定時處理的核心代碼如下：

if( !(--pTimer->elapse) ){ /*elapse減為零表示時間到*/

if( pTimer->lpTimerFunc)(*pTimer->lpTimerFunc)(pTimer->

taskId,pTimer->timerId);

switch( pTimer->timerId0xF0 ){

case SLEEP_ID: /*一次性定時*/

os_slpState |= taskMask; /*結(jié)束休眠態(tài)*/

os_timerState |= timerMask; /*釋放定時器*/

break;

case 0x00: /*發(fā)送緊急級定時器消息*/

pTCB->msg[0] |= os_maskTable[pTimer->timerId];

os_rdyhState |= os_maskTable[pTCB->priority ];;

break;

case 0x10: : /*發(fā)送普通級定時器消息*/

pTCB->msg[1] |= os_maskTable[pTimer->timerId0x0f];

os_rdyState |= os_maskTable[pTCB->priority ];;

}

}

5 同 步

??搶占式多任務(wù)下，低優(yōu)先級的任務(wù)可以被高優(yōu)先級任務(wù)打斷執(zhí)行。以常規(guī)方式訪問共享變量或資源時，會出現(xiàn)奇怪的結(jié)果。比如，一個任務(wù)調(diào)用printf(“12345”)試圖在輸出設(shè)備上輸出“12345”，但執(zhí)行中被高優(yōu)先級任務(wù)打斷；而高優(yōu)先級任務(wù)也調(diào)用printf(“67890”)試圖輸出“67890”，最終的輸出結(jié)果可能是“1267890345”之類。這就是多任務(wù)環(huán)境下的任務(wù)同步問題。　

??同步方式有兩種，一種為用戶同步方式，不需要與內(nèi)核打交道，具有速度快的優(yōu)點(diǎn)，但只適合保護(hù)執(zhí)行時間短的代碼；另一種是內(nèi)核同步方式，需要通過內(nèi)核來實(shí)現(xiàn)，速度相對較慢，但可保護(hù)執(zhí)行時間長的代碼。

5.1 用戶同步方式

??用戶方式下的同步是通過關(guān)鍵代碼段（critical section）保護(hù)來實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵代碼段是指這樣一小段代碼，它執(zhí)行時必須獨(dú)占對某些共享資源的訪問權(quán)，不允行被其它試圖訪問該資源的代碼打斷。最簡單的是得用關(guān)/開中斷來實(shí)現(xiàn)，優(yōu)點(diǎn)是速度極快，缺點(diǎn)是帶來中斷延遲，只適合執(zhí)行時間極短的代碼段。另一簡單的方案是通過加鎖/解鎖調(diào)度器來實(shí)現(xiàn)，即在關(guān)鍵代碼段執(zhí)行期間禁止內(nèi)核進(jìn)行任務(wù)切換。采用這種方法，不會帶來中斷延遲，但帶來了調(diào)度延遲。在MicroStar中，對os_nLayers加1即可鎖定調(diào)度器，減1即可解鎖。但直接利用解鎖調(diào)度器來離開關(guān)鍵代碼段并不合適。如果在關(guān)鍵代碼段執(zhí)行中，發(fā)生了中斷，使更高優(yōu)先級任務(wù)就緒。但由于調(diào)度器被鎖定，中斷程序退出時不能進(jìn)行任務(wù)切換以使高優(yōu)先級任務(wù)執(zhí)行。因此我們希望，最好一旦調(diào)度器解鎖，馬上就切換到高優(yōu)先級任務(wù)。為此，專門用變量os_flag的最低位作為標(biāo)志位，中斷程序中調(diào)用任何可以使任務(wù)就緒的系統(tǒng)函數(shù)都會影響到該標(biāo)志位，如os_PostMessage、os_SetEvent，os_Notity。退出關(guān)鍵代碼段時以此來判斷是否需要進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。離開臨界代碼段時的代碼如下：

if( (os_flag0x01) (!(--s_nLayers ) ) ) {--os_Schedule( ); }

5.2 內(nèi)核同步對象

??如果要保護(hù)執(zhí)行時間較長的代碼，就要使用內(nèi)核同步對象來同步。常用的內(nèi)核同步對象有事件(event)、信標(biāo)(semaphore，亦稱信號量)和互斥量(mutex)。 事件對象用來通知事件或者操作已經(jīng)完成，它用一個布爾值來表示該事件處于通知還是未通知狀態(tài)。信標(biāo)對象用于對資源進(jìn)行計(jì)數(shù)。它記錄了當(dāng)前可用的資源數(shù)目。當(dāng)用1來初始化信標(biāo)對象的可用資源數(shù)目時，信標(biāo)對象實(shí)際上成為了互斥對象。MicroStar提供事件和信標(biāo)兩種同步對象，支持查詢、限時等待或無限時等待操作。內(nèi)核同步對象的結(jié)構(gòu)如下：

typedef struct{

uint_16 waiter; /*等待列表*/

uchar num;　 /*可用資源數(shù)目或者事件狀態(tài)*/

uchar type; /*同步對象類型*/

}OBJECT,*POBJECT,*HOBJECT,*HEVENT,*HSEMAPHORE;

??當(dāng)一個任務(wù)因等待同步對象而進(jìn)入休眠態(tài)時，它的靜態(tài)優(yōu)先級按位存放在waiter域中。如果靜態(tài)優(yōu)先級為N的任務(wù)在等待某個同步對象，則waiter二進(jìn)制數(shù)中第N位置1，以示等待。當(dāng)type為EVENT_OBJECT時，表示事件對象，此時num為事件狀態(tài)，1表示通知態(tài)，0表示未通知態(tài)；為SEMAPHORE_OBJECT時，表示信標(biāo)對象，對應(yīng)的num為可用資源數(shù)。

??內(nèi)核同步對象不是嵌入式多任務(wù)系統(tǒng)特有的，通用的多任務(wù)操作系統(tǒng)如Windows都提供齊全的同步函數(shù)，在此不作介紹。

6 運(yùn)用和使用示例

??在MicroStar中，各個功能模塊是分開的，因而可裁減度高。移植MicroStar也比較容易，只需改寫與硬件相關(guān)的任務(wù)創(chuàng)建和調(diào)度函數(shù)。MicroStar1.0的PC機(jī)完全版本的代碼約為10KB，針對96單片機(jī)用匯編語言寫成的版本為1.4KB。本文附帶的演示示例，都在TC2.0下編譯通過，可直接在PC機(jī)上運(yùn)行。第一個示例啟動了三個用戶任務(wù)：① WatchTask任務(wù)在屏幕中央顯示一個以10ms為計(jì)時單位的跑表。② KeyTask 任務(wù)每隔200ms讀一次鍵盤，按“Q”鍵系統(tǒng)退出執(zhí)行。③ MicroStar 任務(wù)顯示MicroStar相關(guān)信息，每隔1.5s更新一幀。

??演示程序及內(nèi)核源碼見本刊網(wǎng)站（www.dpj.com.cn）。

結(jié) 語

??本文提出了基于事件的優(yōu)先級這一觀念，使任務(wù)優(yōu)先級的安排更為合理。介紹了微型多任務(wù)實(shí)時內(nèi)核――MicroStar的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。消息和信號兩種通信方式的提供，使其對事件驅(qū)動編程有很好的支持。較為完善的定時器服務(wù)和齊全的任務(wù)同步函數(shù)庫，給用戶提供了更多、更靈活的選擇。有限的功能，使其與其它實(shí)時操作系統(tǒng)相比，減小了從技術(shù)掌握上所花費(fèi)的時間。加上較低的存儲器消耗，總體上說，MicroStar是比較適合在中低端MCU平臺上運(yùn)行的。