基于MSP430单片机的实时多任务操作系统

基于MSP430单片机的实时多任务操作系统摘要：实时多任务操作系统(RTS)能有效进步嵌入式平台的资源利用效率，是嵌入式应用的必然趋势。本文阐述基于SP430F149的RTS430/S。它由汇编写成、短小精干、占用系统资源少、运行稳定可靠，目前已在思达高科配网技术公司产品上得到应用。关键词：RTS任务调度SP430引言1在SP430上使用RTS的意义一般的观点认为，SP430上使用RTS是没有意义的这是可以理解的。因为SP430的硬件资源有限(以SP430F149为例，只有2KBRA),任何商业操作系统都不可能移植到SP430上。目前在SP430上得到应用的RTS，只有/S-II，但使用/S-II必须有昂贵的编译器，这严重地限制了其在SP430上的使用。正是基于以上情况，笔者在应用SP430过程中，编写了一个基于SP430F149的RTS，暂定名为430/S。它占用RA量少、代码短小，稍加改动就可适用于大多数其它SP430单片机。在SP430单片机系统上使用430/S，对系统有以下意义：实现软件设计的模块化。可将不同的功能模块编制成相应的任务，由操作系统按级别调用，不必为先执行哪个功能、后执行哪个功能而费心。能更合理、有效地利用PU有限的资源。按任务的重要程度安排任务的级别，可以保证最重要的任务得以最及时执行。大大降低系统故障率。低优先级的任务发生阻塞时，高优先级任务的执行不受影响。2430/S在SP430F149上的实现2.1430/S功能特点430/S有以下特点：采用占先式内核，即高优先级的任务可以从低优先级任务“抢回PU控制权；每个任务都单独开拓一个任务栈；每个任务占十几到几百字节的任务堆栈，任务栈的大小可以根据任务中现场数据、部分变量和嵌套调用的情况估算；每个任务各分配一个优先级,不支持两个任务有一样的优先级；不支持信号量、邮箱功能；任务状态只有三种：运行(exeuting)、就绪(ready)、挂起(suspended)；系统占用RA量=任务个数+14+6字节，不包括任务堆栈；代码量少，目前版本的代码共有86行汇编代码，256字节目的代码；理论上最多支持126个任务；任务锁定功能：在一段低优先级的代码中，不想让操作系统把PU权切换到别的任务，这时可以把这代码锁定，在运行这段代码时，就不会引起任务切换；任务唤醒功能：在一个任务中产生一个的事件来触发其它任务运行假如被触发的任务优先级高的话，就会马上运行。2.2系统函数介绍S_Init：多任务初始化，进展任务栈任务栈的构造见图1、任务延时计数、任务状态的初始化。初始化完成后，系统直接切换到最高优先级的任务，多任务系统启动。S_Tie_Dly：把当前任务挂起一段指定时间让其它任务运行。S_Shed：任务调度，它先把每个任务的延时数减1，然后再找出最高优先级的就绪任务，并切换到这个就绪任务。假如无就绪任务，就切换到空闲任务。S_Free_Task：空闲任务，是一个很重要的系统任务，当所有任务都挂起时，运行此任务。它主要是对一个计数器Free_unt一直进展累加，用户可以根据这个计数器计算出PU的利用率。S_Task_Lk：锁定任务调度，制止任务调度。主要用来锁定在低优先级中的一些可重入的代码或一些重要代码。S_Task_Unlk：解锁任务调度，和上面的子程序功能相反。S_Task_akeup：唤醒指定优先级的任务，并产生一次任务调度，假如被唤醒任务的优先级比当前运行的任务的优先级高，任务就会切换到被唤醒的任务中，否那么等待下一个调度时机。2.3主要功能的实现1任务初始化系统加电运行后，首先对硬件资源进展初始化，接着就要对多任务进展初始化了。主要是初始化每个任务的任务栈、每个任务的时钟滴答数和堆栈指针位置。我们把每个任务栈都初始化成图1形式。任务栈的初始化如下程序r11是用来初始任务堆栈的一个指针，r10是一个循环计数器：v.#(栈底+2),r11lr.Task_Tik(r10);清0时钟滴答数v.#任务首地址,0(r11);把任务地址压入堆栈v.SR,-2(r11);把标志存放器放入任务栈v.r11,Task_SP(r10)sub.#现场所占的字节数,Task_SP(r10);SP位置放入堆栈初始化完任务栈之后，就把堆栈指针指向最高任务优先级任务栈的任务首地址处，再执行ret返回。这样，多任务就启动开了，程序如下：v.#09feh,sp;最高优先级的任务栈任务首地;址位置ret;返回到最高优先级的任务任务初始化的流程如图2所示。2时钟节拍时钟节拍由SP430F149的TierA产生。TierA工作于上升形式，R0中是TierA计数最大值。TierA初始化代码如下：bis.#(TASSEL1+TALR+_1),TATLv.2(sp),R0;计数最大值，此值决定时钟节拍bis.#IE,TL03任务调度应用程序调用S_init进展初始化后，直接切换到最高优先级的任务。每个任务在运行一个循环后执行S_Tie_Dly挂起。这是通过把该任务的延时数填到该任务的Task_Tik中，然后再执行任务调度程序实现。任务调度就是在定时中断时对所有任务的Task_Tik减1，然后再按优先级上下的顺序查找Task_Tik减到0的任务，并直接跳到任务切换程序。下面是任务切换程序r10的内容是就绪任务的标志，由调度程序找出：pushALL;把当前任务现场入栈v.bN_Task,r11;当前任务标志放r11v.sp,Task_SP(r11);保存当前任务堆栈指针v.br10,N_Task;就绪任务标志变为当前任务标志v.Task_SP(r10),sp;就绪任务的任务栈指针放入SP;此时再进展堆栈操作就是对就绪任务的任务栈操作了。ppALL;把就绪任务的现场出栈reti;中断返回，返回到就绪任务任务调度的调度时机有两种：一种是在任务挂起时，一种是定时中断。任务挂起时的任务调度一定会引起任务切换，定时中断就不一定引起任务切换了。因为，假如就绪任务是当前正在运行的任务时不会引起切换。正是如此，任务调度是RTS中执行得最频繁的一个功能，也是最重要的一个功能，所以必须尽量缩减其代码量，尽量用可靠的调度算法来减少任务调度所占的时间。这个子程序的流程如图3所示。4任务锁和其它功能的实现任务的加锁与解锁，是为了使一些在低优先级任务的不可重入代码，或对实时性要求较高的I/操作在执行中不产生任务切换。这项功能是通过设置一个标志位实现的。当调度程序检查到任务被锁定时，就算有就绪任务也必须等开锁之后才能切换。假如系统突然产生一个事件要某个挂起的任务来处理，可以在事件产生的程序中调用任务唤醒。它的原理是把Task_Tik清0，然后执行一次任务调度。假如这个任务优先级较高，就直接切换到这个任务里执行。3总结430/S已在笔者开发的基于SP430F149的系统上应用，运行稳定可靠。该操作系统稍加改动，就可应用于其它SP430单片机。当然，它的功能还是很有限的，也可能还存在一些尚未暴露的问题；但无论如何，它向我们证明，在SP430单片机系统中使用RTS是完全可能的。430/S源程序见本刊网站.dpj.n。