基于RTX51 的單片機(jī)軟件設(shè)計
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很多單片機(jī)的應(yīng)用中都需要同時執(zhí)行很多任務(wù)，對于這樣的應(yīng)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是美國Keil公司開發(fā)的一種小型的應(yīng)用于MCS51系列單片機(jī)的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，它可以工作所有8051單片機(jī)以及派生家族中，簡化了復(fù)雜的軟件設(shè)計，縮短了項目周期。我們實踐中用RTX51來開發(fā)單片機(jī)軟件。設(shè)計單片機(jī)控制的GPS接收板軟件，取得了很好的效果。
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(yùn)行在8051系統(tǒng)上，而不需要外部RAM（DXATA）。RTX51完全模式有4個任務(wù)優(yōu)先級，可以和中斷函數(shù)并行處理，各個任務(wù)之間通過使用“郵箱”系統(tǒng)來進(jìn)行信號和消息的傳遞，可以從內(nèi)存池中申請和釋放內(nèi)存；同時，可以強(qiáng)制一個任務(wù)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。
2.1 RTX51任務(wù)
RTX51區(qū)分2類任務(wù)：快速任務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)。快速任務(wù)有很快的響應(yīng)速度，每個快速任務(wù)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(wù)。標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)需要多一點的時間來進(jìn)行任務(wù)切換，因此使用的內(nèi)部RAM相對快速任務(wù)要少，所有的標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)共用1個寄存器組和堆棧。當(dāng)任務(wù)切換的時候，當(dāng)前任務(wù)的寄存器狀態(tài)和堆棧內(nèi)容轉(zhuǎn)移到外部存儲器中。RTX51支持最大16個標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)。
RTX51任務(wù)狀態(tài)：
①運(yùn)行（RUNNIGN）——當(dāng)前正在運(yùn)行的任務(wù)處于RUNNING狀態(tài)，同一時間只有1個任務(wù)可以運(yùn)行。
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，就緒隊列中優(yōu)先級最高的任務(wù)進(jìn)入到運(yùn)行狀態(tài)。
③阻塞（BLOCKED）——等待一個事件的任務(wù)處于BLOCKED狀態(tài)，如果事件發(fā)生且優(yōu)先級比正在運(yùn)行的任務(wù)高，此任務(wù)進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)；如果優(yōu)先級比正在運(yùn)行的任務(wù)低，此任務(wù)進(jìn)入READY狀態(tài)。
④刪除（DELETED）——沒有開始的任務(wù)處于刪除狀態(tài)。
⑤任務(wù)切換——RTX51包含一個事件驅(qū)動的任務(wù)切換機(jī)制，它能夠按照任務(wù)的優(yōu)先級進(jìn)行切換，也就是搶占式多任務(wù)系統(tǒng)；另外還有一個可選的時間片輪轉(zhuǎn)切換任務(wù)模式，在時間片輪轉(zhuǎn)模式下，同級別的任務(wù)是按照時間片分別占用CPU的。RTX51任務(wù)有4個優(yōu)先級：0、1、2可以分配給標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)，優(yōu)先級3是為快速任務(wù)保留的。每個任務(wù)都可以等待事件的發(fā)生，而并不增加系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)；任務(wù)可以等待消息、信號、中斷、超時事件或者它們的組合。任務(wù)切換是按照一定規(guī)則進(jìn)行的，包括：進(jìn)入到“就緒”狀態(tài)的優(yōu)先級高的任務(wù)先執(zhí)行；如果“就緒”狀態(tài)的幾個任務(wù)是同一個優(yōu)先級，那么最先進(jìn)入“就緒”狀態(tài)的先執(zhí)行。
RTX51任務(wù)切換圖如圖1所示。
2.2 RTX51事件
◇超時（timeout）：掛起運(yùn)行的任務(wù)指定數(shù)量的時間周期。
◇間隔（interval）：類似于超時，但是軟件定時器沒有復(fù)位，典型應(yīng)用是產(chǎn)生時鐘。
◇信號（signal）：用于任務(wù)內(nèi)部同步協(xié)調(diào)。
◇消息（message）：適用于RTX51 Full，用于信息的交換。我們可以把一個消息交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主的數(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滿，而且是中斷發(fā)送消息，這個消息將會丟失；如果是任務(wù)發(fā)送消息，那么任務(wù)將會進(jìn)入到等待狀態(tài)，直到郵箱重新有了位置可以接收這一條消息。郵箱是按照FIFO的原則來管理消息的，如果幾個任務(wù)都在等待接收消息，那么最先進(jìn)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(dāng)郵箱滿的時候，最多只能有16個等待任務(wù)。
◇中斷（interrup）：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(wù)使用某些資源。如果幾個任務(wù)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(wù)進(jìn)入等待隊列，直到第1個任務(wù)操作完畢，下一個任務(wù)才能繼續(xù)。
Os_wait()函數(shù)掛起一個任務(wù)來等待一個事件的發(fā)生。這樣可以同步2個或幾個任務(wù)。它的工作過程如下：當(dāng)任務(wù)等待的事件沒有發(fā)生的時候，系統(tǒng)掛起這個任務(wù)；當(dāng)事件發(fā)生時，系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)切換規(guī)則切換任務(wù)。
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