《《单片机接口技术（C51版）》-张道德-电子教案 第十三章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《单片机接口技术（C51版）》-张道德-电子教案 第十三章（40页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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
2、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
3、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RTX
4、51 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 (XDAT
5、A)。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 TIN
6、Y 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
7、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
8、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
9、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 c
10、ounter0; /* 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 ()
11、 _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
12、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
13、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。,
14、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 /*任务1的计数器 */,
15、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
