《第十三章 RTX51實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《第十三章 RTX51實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（40頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、,單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,單片機(jī)接口技術(shù),(C51,版,),第十三章,RTX51,實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),內(nèi)容概述,主要介紹多任務(wù)編程思想、,RTX51,操作系統(tǒng)的特點(diǎn)、模式及運(yùn)行要求，,RTX51,的工作原理、,RTX51 TINY,的配置及基于,RTX51 TINY,的鍵盤顯示系統(tǒng)設(shè)計(jì)。,教學(xué)目標(biāo),1.,了解多任務(wù)編程思想，理解多任務(wù)編程與單任務(wù)編程的區(qū)別及優(yōu)點(diǎn)。,2.,了解,RTX51,的完全模式和最小模式的區(qū)別。,3.,理解任務(wù)的幾種狀態(tài)及其定義，掌握任務(wù)切換過程，能進(jìn)行簡單的任務(wù)切換程序設(shè)計(jì)；理解事件的定義，了解,RTX51
2、,系統(tǒng)中的超時(shí)、間隔、信號(hào)、消息、中斷等幾個(gè)事件，能使用,os_wait,(),函數(shù)同步,2,個(gè)或幾個(gè)任務(wù)，能使用信號(hào)控制任務(wù)的啟動(dòng)和停止。,4.,了解,RTX51,處理中斷的中斷函數(shù)和,RTX51,的任務(wù)中斷（分為快速任務(wù)中斷和標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)中斷）及實(shí)現(xiàn)過程。,5.,了解,RTX51 TINY,的同步機(jī)制、調(diào)度規(guī)則、任務(wù)控制塊、存儲(chǔ)器管理等。掌握,RTX51 TINY,的配置，能夠修改,RTX51 TINY,配置文件,conf_tny.a51,。,6.,掌握基于,RTX51 TINY,的鍵盤、顯示系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)。,13,1,多任務(wù)編程思想,13.1.1,單任務(wù)機(jī)制工作原理,在單任務(wù)機(jī)制下，各功能模
3、塊按固定順序構(gòu)成一個(gè)整體，作為一個(gè)任務(wù)得到執(zhí)行。各個(gè)模塊要求的執(zhí)行頻率不一致時(shí)程序難以滿足。,需在運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)改變執(zhí)行結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)，程序需用許多條件判斷和分枝轉(zhuǎn)移語句進(jìn)行控制，增加了程序的復(fù)雜性。,其可讀性和可維護(hù)性很差，調(diào)試不便。增加了系統(tǒng)擴(kuò)充難度。,13.1.2,多任務(wù)機(jī)制工作原理,各功能模塊處于等同地位。,各功能模塊執(zhí)行順序可在程序運(yùn)行過程中動(dòng)態(tài)地改變。,各功能模塊的執(zhí)行頻率表現(xiàn)為它們的優(yōu)先級(jí)。,各子任務(wù)在自已的時(shí)間片內(nèi)運(yùn)行，通過合理設(shè)計(jì)時(shí)間片大小和各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，可以自然地滿足系統(tǒng)內(nèi)各種復(fù)雜的時(shí)序要求。,13.2 RTX51,的特點(diǎn)及運(yùn)行要求,RTX51,執(zhí)行循環(huán)多任務(wù)處理，允許幾個(gè)循環(huán)任
4、務(wù)準(zhǔn)并行執(zhí)行。,任務(wù)并不同時(shí)執(zhí)行而是按時(shí)間分段執(zhí)行，有效的,CPU,時(shí)間劃分成時(shí)間段并由,RTX51,將時(shí)間段分配給每個(gè)任務(wù)。每個(gè)任務(wù)允許執(zhí)行預(yù)定數(shù)量的時(shí)間，然后,RTX51,切換到另一個(gè)任務(wù)運(yùn)行，時(shí)間段非常短，通常僅有幾個(gè)毫秒，因此任務(wù)看起來好象是同時(shí)執(zhí)行的。,RTX51,使用一個(gè)定時(shí)子程序，其中斷驅(qū)動(dòng)是由,8051,的硬件定時(shí)器產(chǎn)生周期性中斷來驅(qū)動(dòng),RTX51,時(shí)鐘。,RTX51,不要求程序中有主函數(shù)。它自動(dòng)從任務(wù),0,開始執(zhí)行，如果有主函數(shù)，則必須使用,os_create_task(RTX51 Tiny),或,os_start_system(RTX51 Full),函數(shù)啟動(dòng),RTX51,
5、。,13.2.1 RTX51,的特點(diǎn),RTX51,有,2,個(gè)模式：,RTX51,完全模式和最小模式。,RTX51 Tiny,是,RTX51,的一個(gè)子集，支持,RTX51,中絕大多數(shù)的特性，且不需要外部,RAM(XDATA),。,RTX51 Tiny,支持,RTX51 Full,的許多特性，但不具有以下功能：,由循環(huán)多任務(wù)處理和信號(hào)實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換,不支持優(yōu)先任務(wù)切換,不包含信息子程序,無存儲(chǔ)器庫分配子程序,13.2.2 RTX51,對(duì)硬件的要求,13.2.3 RTX51,對(duì)軟件的要求,在使用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng),RTX51 TINY,時(shí)，需要以下軟件支持：,1,）,C51,編譯器,2,）,BL51,
6、連接定位器,3,）,A51,宏匯編器,庫文件,RTX51TNY.LIB,必須存儲(chǔ)在,C51LIB,下，必須指定,C51,運(yùn)行庫的路徑。頭文件,RTX51TNY.H,必須存儲(chǔ)在,C51INC,下，必須指定,C51,包含文件的路徑。,RTX51 TINY,可以在沒有外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單片機(jī),8051,系統(tǒng)中運(yùn)行，但應(yīng)用程序可以存取外部存儲(chǔ)器。,RTX51 TINY,可以使用,C51,編譯器支持的存儲(chǔ)器模式，存儲(chǔ)器模式的選擇僅影響應(yīng)用程序目標(biāo)文件的定位。,RTX51 TINY,的系統(tǒng)變量以及應(yīng)用程序的堆棧區(qū)總是位于,8051,的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中（,DATA/IDATA,）,典型地，,RTX51 TIN
7、Y,應(yīng)用程序應(yīng)采用,SMALL,編譯模式。,13.3 RTX51,基本概念及實(shí)例分析,13.3.1,任務(wù)的狀態(tài)及定義,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(gè)快速任務(wù)使用,8051,一個(gè)單獨(dú)的寄存器組，并且有自己的堆棧區(qū)域。,RTX51,支持最大同時(shí)有,3,個(gè)快速任務(wù)。標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)需要多一點(diǎn)的時(shí)間來進(jìn)行任務(wù)切換，因此使用的內(nèi)部,RAM,相對(duì)快速任務(wù)要少，所有的標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)共用,1,個(gè)寄存器組和堆棧。當(dāng)任務(wù)切換的時(shí)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(chǔ)器中。,RTX51 FULL,支持任務(wù)最多達(dá),64,個(gè)，但一般,RTX51 TINY,支持最大,16,個(gè)
8、標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)。,RTX51,任務(wù)狀態(tài),1),運(yùn)行,(RUNNING):,當(dāng)前正在運(yùn)行的任務(wù)處于,RUNNING,狀態(tài)，同一時(shí)間只有,1,個(gè)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(duì)列中優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)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)，如果事件發(fā)生且優(yōu)先級(jí)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(jí)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)。,RTX51,任務(wù)狀態(tài),5),任務(wù)切換,R
9、TX51,是搶占式多任務(wù)系統(tǒng)；在時(shí)間片輪轉(zhuǎn)模式下，同級(jí)別的任務(wù)是按照時(shí)間片分別占用,CPU,的。,RTX51,任務(wù)有,4,個(gè)優(yōu)先級(jí)：,0,、,1,、,2,可以分配給標(biāo)準(zhǔn)任務(wù)，優(yōu)先級(jí),3,是為快速任務(wù)保留的。每個(gè)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(hào)、中斷、超時(shí)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(jí)高的任務(wù)先執(zhí)行；如果“就緒”狀態(tài)的幾個(gè)任務(wù)是同一個(gè)優(yōu)先級(jí)，那么最先進(jìn)入“就緒”狀態(tài)的先執(zhí)行。任務(wù)狀態(tài)切換如圖,13-3-1,所示。,圖,13-3-1,任務(wù)狀態(tài)切換圖,例,13-3-1,簡單的,RTX51,程序,該程序中的三個(gè)
10、任務(wù)都是簡單的計(jì)數(shù)器循環(huán)，并分別對(duì),P1.0,、,P1.1,、,P1.2,取反。,RTX51,開始執(zhí)行函數(shù)名為,job0,的任務(wù),0,，由該任務(wù)創(chuàng)建任務(wù),1,和任務(wù),2,。程序在任務(wù),0,執(zhí)行一段時(shí)間后到任務(wù),1,執(zhí)行一個(gè)時(shí)間段，再到任務(wù),2,執(zhí)行，在任務(wù),2,執(zhí)行一會(huì)兒后，,RTX51 TINY,切換到任務(wù),0,。該處理過程無限重復(fù)下去。,#include /*RTX-51 tiny,頭文件 *,/,#include,long counter0;/*,任務(wù),0,的計(jì)數(shù)器 *,/,long counter1;/*,任務(wù),1,的計(jì)數(shù)器 *,/,long counter2;/*,任務(wù),2,的計(jì)數(shù)器
11、 *,/,sbit,P1_0=P10;,sbit,P1_1=P11;,sbit,P1_2=P12;,ob0()_task_ 0 ,int,i;,os_create_task,(1);/*,啟動(dòng)任務(wù),1 */,os_create_task,(2);/*,啟動(dòng)任務(wù),2 */,while(1)/*,無窮循環(huán) *,/,counter0+;/*counter0,加,1 */,for(i,=0;i1000;i+);,P1_0=!P1_0;,job1()_task_ 1 ,int,i;,while(1)/*,無窮循環(huán) *,/,counter1+;/*counter1,加,1 */,for(i,=0;i100
12、0;i+);,P1_1=!P1_1;,job1()_task_ 1 ,int,i;,while(1)/*,無窮循環(huán) *,/,counter1+;/*counter1,加,1 */,for(i,=0;i1000;i+);,P1_1=!P1_1;,13.3.2 RTX51,事件,在等待一個(gè)任務(wù)的時(shí)間片到達(dá)時(shí)，,RTX51,使用,os_wait,函數(shù)通知,RTX51,，讓另一個(gè)任務(wù)開始執(zhí)行。這個(gè)功能終止正在運(yùn)行的當(dāng)前任務(wù)，然后等待指定事件的發(fā)生。這時(shí)，任意數(shù)量的其它任務(wù)仍可以執(zhí)行。,RTX51,的等待功能支持以下事件：,*超時(shí),(timeout),：,掛起運(yùn)行的任務(wù)指定數(shù)量的時(shí)鐘周期。,*間隔,(i
13、nterval),：,類似于超時(shí)，但是軟件定時(shí)器沒有復(fù)位，典型應(yīng)用是產(chǎn)生時(shí)鐘。,*信號(hào),(signal),：,用于任務(wù)內(nèi)部同步協(xié)調(diào)。,RTX51,支持的事件,*消息,(message),：,適用于,RTX51 Full,用于信息的交換。我們可以把一個(gè)消息發(fā)送到一個(gè)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(gè)消息將會(huì)丟失；如果是任務(wù)發(fā)送消息，那么任務(wù)將會(huì)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信息。,郵箱是按照,FIFO,的原則來管理消息的，如果幾個(gè)任務(wù)都在等待接收消息，那么最先進(jìn)入等待
14、接收隊(duì)列的將接收消息。一個(gè)郵箱最多可以存儲(chǔ),8,條消息。當(dāng)郵箱滿的時(shí)候，最多只能有,16,個(gè)等待任務(wù)。,RTX51,支持的事件,*中斷,(interrupt),：,適用于,RTX51 Full,，一個(gè)任務(wù)可以等待,8051,硬件中斷。,*信號(hào)量,(semaphore),：,適用于,RTX51 Full,，信號(hào)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(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)使用某些資源。如果幾個(gè)任務(wù)申請(qǐng)?jiān)L問同一個(gè)資源，那么首先提出申請(qǐng)的將允許訪問，其它的任務(wù)進(jìn)入等待隊(duì)列，直到第,1,個(gè)任務(wù)操作完畢，下一個(gè)任務(wù)才能繼續(xù)。,1,使用,os_wait,函數(shù),os_wait,(),函數(shù)掛起一個(gè)任務(wù)
15、來等待一個(gè)事件的發(fā)生。這樣可以同步,2,個(gè)或幾個(gè)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(shí)候，系統(tǒng)掛起這個(gè)任務(wù)；當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)根據(jù)任務(wù)切換規(guī)則切換任務(wù)。使用,os_wait,函數(shù)等待的最簡單的事件是,RTX51,時(shí)鐘報(bào)時(shí)信號(hào)中的超時(shí)周期，該類型的事件可用于需要產(chǎn)生延時(shí)的任務(wù)。這可用作代碼中的切換查詢?cè)谶@樣的情況下只需要每,50ms,檢查一次切換。,例,13-3-2,下面的例子演示在允許其它任務(wù)執(zhí)行時(shí),如何使用,os_wait,函數(shù)延遲執(zhí)行。,#include /*RTX-51 tiny functions&defines */,long counter0;/*,任務(wù),0,的計(jì)數(shù)器
16、 *,/,long counter1;/*,任務(wù),1,的計(jì)數(shù)器 *,/,job0()_task_ 0 ,os_create_task,(1);/*,啟動(dòng)任務(wù),1 */,while(1)/*,無窮循環(huán) *,/,counter0+;/*counter0,加,1 */,os_wait,(K_TMO,5,0);/*,等待超時(shí)信號(hào),:5,個(gè)時(shí)鐘報(bào)時(shí) *,/,job1()_task_ 1 ,while(1)/*,無窮循環(huán) *,/,counter1+;/*counter1,加,1 */,os_wait,(K_TMO,10,0);/*,等待超時(shí)信號(hào),:10,個(gè)時(shí)鐘報(bào)時(shí)*,/,job0,先啟動(dòng),job1,，然后在,counter0,加,1,計(jì)數(shù)以后,job0,呼叫,os_wait,函數(shù)暫停,5,個(gè)時(shí)鐘報(bào)時(shí)信號(hào)。這時(shí),rtx51,切換到下一個(gè)任務(wù),job1,。在,job1,增加,counter1,計(jì)數(shù)以后，它也調(diào)用,os_wait,以暫停,10,個(gè)時(shí)鐘報(bào)時(shí)信號(hào)?，F(xiàn)在,rtx51,沒有其他的任務(wù)需要執(zhí)行。因此在它可以延續(xù)執(zhí)行,job0,之前，它進(jìn)入一個(gè)空循環(huán)，等待,5,個(gè)時(shí)鐘報(bào)時(shí)信號(hào)過去。,本例子的結(jié)果是,
第十三章 RTX51實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)
