關(guān)于RTX51 TINY的分析與探討

1 概述

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

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

RTX51 TINY利用單片機內(nèi)部定時器0的中斷功能實現(xiàn)定時，用周期性定時中斷驅(qū)動RTX51 TINY的時鐘。它最多可以定義16個任務(wù)，所有的任務(wù)可以同時被激活，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)為每一個任務(wù)分配一個獨立的堆棧區(qū)，在任務(wù)切換的同時改變堆棧的指針，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)定實現(xiàn)的。使用RTX51 TINY時用戶程序中不需要包含main()函數(shù)，它會自動地從任務(wù)0開始運行。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RTX51實時操作系統(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)具有以下幾個狀態(tài)：

① 運行(RUNNING)——任務(wù)正處于運行中。同一時刻只有一個任務(wù)可以處于“RUNNING”狀態(tài)。

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

③ 阻塞(BLOCKED)——等待一個事件的任務(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行的任務(wù)處于休眠狀態(tài)。運行過但已經(jīng)被刪除的任務(wù)也處在休眠狀態(tài)中。

⑤ 超時(TIMEOUT)——任務(wù)由于時間片用完而處于“TIMEOUT”狀態(tài)，并等待再次運行。該狀態(tài)與“READY”狀態(tài)相似，但由于是內(nèi)部操作過程使一個循環(huán)任務(wù)被切換，因而單獨算作一個狀態(tài)。

處于“READY/TIMEOUT”、“RUNNING”和“BLOCKED”狀態(tài)的任務(wù)被認為是激活的狀態(tài)，三者之間可以進行切換。“SLEEPING”狀態(tài)的任務(wù)是非激活的，不能被執(zhí)行或認為已經(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。所以在一個任務(wù)被執(zhí)行時不能對其進行中斷，除非該任務(wù)主動放棄CPU的資源，中斷才可以打斷當前的任務(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，一種是當前任務(wù)主動讓出CPU資源；另一種情況是在當前任務(wù)的時間片已經(jīng)用完的情況下，進行任務(wù)切換。CPU執(zhí)行時間被分成若干個時間片，RTX51 TINY為每個任務(wù)分配一個時間片。時間片是通過對變量TIMESHARING的設(shè)置來確定的，即用“TIMESHARING EQU 5;”設(shè)置多少個系統(tǒng)時鐘周期為一個時間片。系統(tǒng)默認5個系統(tǒng)時鐘為一個時間片，如果晶振頻率為11.059 2 MHz，則時間片為10.850 7×5＝54.253 5 ms。

RTX51 TINY的任務(wù)切換共有TASKSWITCHING 和SWITCHINGNOW兩個入口，前者供定時器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)地也有兩個不同的出口，分別是恢復(fù)保護現(xiàn)場和清除狀態(tài)標志位。系統(tǒng)首先將當前任務(wù)置為“TIMEOUT”狀態(tài)，等待下一次時間片循環(huán)，然后找到下一個處于“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)，使其成為當前任務(wù)。清除使該任務(wù)進入“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