RTX51实时多任务操作系统

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单片机接口技术(C51版),第十三章 RTX51实时多任务操作系统,内容概述,主要介绍多任务编程思想、RTX51操作系统的特点、模式及运行要求，RTX51 的工作原理、RTX51 TINY的配置及基于RTX51 TINY的键盘显示系统设计。,教学目标,1.了解多任务编程思想，理解多任务编程与单任务编程的区别及优点。,2.了解RTX51的完全模式和最小模式的区别。,3.理解任务的几种状态及其定义，掌握任务切换过程，能进行简单的任务切换程序设计；理解事件的定义，了解RTX51系统中的超时、间隔、信号、消息、中断等几个事件，能使用os_wait()函数同步2个或几个任务，能使用信号控制任务的启动和停止。,4.了解RTX51处理中断的中断函数和RTX51的任务中断（分为快速任务中断和标准任务中断）及实现过程。,5.了解 RTX51 TINY的同步机制、调度规则、任务控制块、存储器管理等。掌握 RTX51 TINY的配置，能够修改RTX51 TINY配置文件conf_tny.a51。,6.掌握基于RTX51 TINY的键盘、显示系统的程序设计。,131 多任务编程思想,13.1.1 单任务机制工作原理,在单任务机制下，各功能模块按固定顺序构成一个整体，作为一个任务得到执行。各个模块要求的执行频率不一致时程序难以满足。,需在运行时动态改变执行结构的系统，程序需用许多条件判断和分枝转移语句进行控制，增加了程序的复杂性。,其可读性和可维护性很差，调试不便。增加了系统扩充难度。,13.1.2 多任务机制工作原理,各功能模块处于等同地位。,各功能模块执行顺序可在程序运行过程中动态地改变。,各功能模块的执行频率表现为它们的优先级。,各子任务在自已的时间片内运行，通过合理设计时间片大小和各任务的优先级，可以自然地满足系统内各种复杂的时序要求。,13.2 RTX51的特点及运行要求,RTX51 执行循环多任务处理，允许几个循环任务准并行执行。,任务并不同时执行而是按时间分段执行，有效的CPU 时间划分成时间段并由RTX51 将时间段分配给每个任务。每个任务允许执行预定数量的时间，然后RTX51 切换到另一个任务运行，时间段非常短，通常仅有几个毫秒，因此任务看起来好象是同时执行的。RTX51 使用一个定时子程序，其中断驱动是由8051的硬件定时器产生周期性中断来驱动RTX51时钟。,RTX51 不要求程序中有主函数。它自动从任务0 开始执行，如果有主函数，则必须使用os_create_task(RTX51 Tiny)或os_start_system(RTX51 Full)函数启动RTX51。,13.2.1 RTX51的特点,RTX51有2个模式：RTX51完全模式和最小模式。RTX51 Tiny是RTX51的一个子集，支持RTX51中绝大多数的特性，且不需要外部RAM(XDATA)。RTX51 Tiny 支持RTX51 Full 的许多特性，但不具有以下功能：,由循环多任务处理和信号实现任务切换,不支持优先任务切换,不包含信息子程序,无存储器库分配子程序,13.2.2 RTX51对硬件的要求,13.2.3 RTX51对软件的要求,在使用实时多任务操作系统 RTX51 TINY 时，需要以下软件支持：,1）C51 编译器,2）BL51 连接定位器,3）A51 宏汇编器,库文件 RTX51TNY.LIB 必须存储在 C51LIB 下，必须指定 C51 运行库的路径。头文件 RTX51TNY.H 必须存储在C51INC下，必须指定C51包含文件的路径。,RTX51 TINY 可以在没有外部数据存储器的单片机8051系统中运行，但应用程序可以存取外部存储器。RTX51 TINY 可以使用 C51 编译器支持的存储器模式，存储器模式的选择仅影响应用程序目标文件的定位。RTX51 TINY 的系统变量以及应用程序的堆栈区总是位于8051 的内部数据存储器中（DATA/IDATA）,典型地，RTX51 TINY 应用程序应采用 SMALL 编译模式。,13.3 RTX51基本概念及实例分析,13.3.1 任务的状态及定义,RTX51区分2类任务：快速任务和标准任务。快速任务有很快的响应速度，每个快速任务使用8051一个单独的寄存器组，并且有自己的堆栈区域。RTX51支持最大同时有3个快速任务。标准任务需要多一点的时间来进行任务切换，因此使用的内部RAM相对快速任务要少，所有的标准任务共用1个寄存器组和堆栈。当任务切换的时候，当前任务的寄存器状态和堆栈内容转移到外部存储器中。,RTX51 FULL支持任务最多达64个，但一般RTX51 TINY支持最大16个标准任务。,RTX51任务状态,1)运行(RUNNING):当前正在运行的任务处于RUNNING状态，同一时间只有1个任务可以运行。,2)就绪(READY):等待运行的任务处于READY状态，在当前运行的任务退出运行状态后，就绪队列中优先级最高的任务进入到运行状态。,3)阻塞(BLOCKED):等待一个事件的任务处于BLOCKED状态，如果事件发生且优先级比正在运行的任务高，此任务进入运行状态；如果优先级比正在运行的任务低，此任务进入READY状态。,4)删除(DELETED):没有开始的任务处于删除状态。,RTX51任务状态,5)任务切换,RTX51是抢占式多任务系统；在时间片轮转模式下，同级别的任务是按照时间片分别占用CPU 的。,RTX51任务有4个优先级：0、1、2 可以分配给标准任务，优先级3是为快速任务保留的。每个任务都可以等待事件的发生，而并不增加系统的负担；任务可以等待消息、信号、中断、超时事件或者它们的组合。,任务切换是按照一定规则进行的，包括：进入到“就绪”状态的优先级高的任务先执行；如果“就绪”状态的几个任务是同一个优先级，那么最先进入“就绪”状态的先执行。任务状态切换如图13-3-1所示。,图13-3-1 任务状态切换图,例13-3-1 简单的RTX51程序,该程序中的三个任务都是简单的计数器循环，并分别对P1.0、P1.1、P1.2取反。RTX51 开始执行函数名为job0 的任务0，由该任务创建任务1和任务2。程序在任务0执行一段时间后到任务1执行一个时间段，再到任务2执行，在任务2执行一会儿后，RTX51 TINY切换到任务0。该处理过程无限重复下去。,#include /*RTX-51 tiny 头文件 */,#include,long counter0;/*任务0的计数器 */,long counter1;/*任务1的计数器 */,long counter2;/*任务2的计数器 */,sbit P1_0=P10;,sbit P1_1=P11;,sbit P1_2=P12;,ob0()_task_ 0 ,int i;,os_create_task(1);/*启动任务 1 */,os_create_task(2);/*启动任务 2 */,while(1)/*无穷循环 */,counter0+;/*counter0 加1 */,for(i=0;i1000;i+);,P1_0=!P1_0;,job1()_task_ 1 ,int i;,while(1)/*无穷循环 */,counter1+;/*counter1加1 */,for(i=0;i1000;i+);,P1_1=!P1_1;,job1()_task_ 1 ,int i;,while(1)/*无穷循环 */,counter1+;/*counter1加1 */,for(i=0;i1000;i+);,P1_1=!P1_1;,13.3.2 RTX51事件,在等待一个任务的时间片到达时，RTX51使用os_wait函数通知RTX51，让另一个任务开始执行。这个功能终止正在运行的当前任务，然后等待指定事件的发生。这时，任意数量的其它任务仍可以执行。,RTX51的等待功能支持以下事件：,*超时(timeout)：,挂起运行的任务指定数量的时钟周期。,*间隔(interval)：,类似于超时，但是软件定时器没有复位，典型应用是产生时钟。,*信号(signal)：,用于任务内部同步协调。,RTX51支持的事件,*消息(message)：,适用于RTX51 Full用于信息的交换。我们可以把一个消息发送到一个特定的邮箱。消息由2字节组成，可以是用户按照自己的需求定义的数据，也可以是指向数据的指针。,如果邮箱的消息列表已满，而且是中断发送消息，这个消息将会丢失；如果是任务发送消息，那么任务将会进入到等待状态，直到邮箱重新有了位置可以接收这一条信息。,邮箱是按照FIFO的原则来管理消息的，如果几个任务都在等待接收消息，那么最先进入等待接收队列的将接收消息。一个邮箱最多可以存储8条消息。当邮箱满的时候，最多只能有16个等待任务。,RTX51支持的事件,*中断(interrupt)：,适用于RTX51 Full，一个任务可以等待8051硬件中断。,*信号量(semaphore)：,适用于RTX51 Full，信号量用于管理共享的系统资源。通过使用“令牌”，允许在同一时刻只有一个任务使用某些资源。如果几个任务申请访问同一个资源，那么首先提出申请的将允许访问，其它的任务进入等待队列，直到第1个任务操作完毕，下一个任务才能继续。,1 使用os_wait函数,os_wait()函数挂起一个任务来等待一个事件的发生。这样可以同步2个或几个任务。它的工作过程如下：当任务等待的事件没有发生的时候，系统挂起这个任务；当事件发生时，系统根据任务切换规则切换任务。使用os_wait函数等待的最简单的事件是RTX51 时钟报时信号中的超时周期，该类型的事件可用于需要产生延时的任务。这可用作代码中的切换查询在这样的情况下只需要每50ms 检查一次切换。,例13-3-2 下面的例子演示在允许其它任务执行时,如何使用os_wait 函数延迟执行。,#include /*RTX-51 tiny functions&defines */,long counter0;/*任务0的计数器 */,long counter1;/*任务1的计数器 */,job0()_task_ 0 ,os_create_task(1);/*启动任务1 */,while(1)/*无穷循环 */,counter0+;/*counter0加1 */,os_wait(K_TMO,5,0);/*等待超时信号:5个时钟报时 */,job1()_task_ 1 ,while(1)/*无穷循环 */,counter1+;/*counter1加1 */,os_wait(K_TMO,10,0);/*等待超时信号:10个时钟报时*/,job0先启动 job1，然后在counter0加1计数以后job0呼叫 os_wait函数暂停5个时钟报时信号。这时rtx51切换到下一个任务 job1。在 job1增加counter1计数以后，它也调用 os_wait以暂停10个时钟报时信号。现在rtx51没有其他的任务需要执行。因此在它可以延续执行 job0之前，它进入一个空循环，等待5个时钟报时信号过去。,本例子的结果是 counter0每5个时钟报时周期加1，而 counter1每10个时钟报时周期加 1。,2 使用RTX51的信号,可以使用 os_wait功能暂停一个任务并等待从另一个任务发出的信号或旗标。这可以用于协调两个或更多的任务，等待一个信号会系统会执行如下工作：如果一任务在等待一个信号并且信号标志是0，在这个信号被发送之前，这个任务将一直处于挂起状态；如果信号标志已经是1，当任务查询信号时，信号标志会被清除并且继续执行任务。,例13-3-3 信号使用示例。,#include,long counter0;/*任务0的计数器 */,long counter1;/*任务1的计数器 */,long counter2;/*任务2的计数器 */