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单片机RTX51的软件设计

关键词:单片机 C51 RTX51



1 概述

很多单片机的应用中都需要同时执行很多任务,对于这样的应用,我们可以利用实时操作系统来灵活地安排系统资源。RTX51是美国Keil公司开发的一种小型的应用于MCS51系列单片机的实时多任务操作系统,它可以工作所有8051单片机以及派生家族中,简化了复杂的软件设计,缩短了项目周期。我们实践中用RTX51来开发单片机软件。设计单片机控制的GPS接收板软件,取得了很好的效果。


2 RTX51介绍

RTX51有2个模式:RTX51完全模式和最小模式。RTX51最小模式版是RTX51完全版的一个子集,可以很容易地运行在8051系统上,而不需要外部RAM(DXATA)。RTX51完全模式有4个任务优先级,可以和中断函数并行处理,各个任务之间通过使用“邮箱”系统来进行信号和消息的传递,可以从内存池中申请和释放内存;同时,可以强制一个任务停止执行,等待一个中断,或者是其它中断传来的信号量或者消息。RTX51对系统硬件的要求如表1所列。

2.1 RTX51任务

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支持最大16个标准任务。

RTX51任务状态:

①运行(RUNNIGN)——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。

⑤任务切换——RTX51包含一个事件驱动的任务切换机制,它能够按照任务的优先级进行切换,也就是抢占式多任务系统;另外还有一个可选的时间片轮转切换任务模式,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。

RTX51任务切换图。

2.2 RTX51事件

◇超时(timeout):挂起运行的任务指定数量的时间周期。

◇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。

◇消息(message):适用于RTX51 Full,用于信息的交换。我们可以把一个消息交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主的数据,也可以是指向数据的指针。如果邮箱的消息列表满,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消息。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。

◇中断(interrup):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。

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。

2.3 RTX51中断处理

RTX51完全模式提供2种方法来处理中断:一种是C51的中断函数,另一种是RTX51的断。它又可以分为快速任务中断和标准任务中断。对于中断函数这种方法,它同时也可以在不使用RTX51的情况下使用,当中断发生的时候,程序就跳到了相应的中断函数,它和正在运行的任务是互相独立的,中断的处理是在RTX51系统之外,和任务切换规则没有关联。对于任务中断的方法,不管使用快速是标准任务来处理中断,如果中断发生,等待中断的任务就从“等待”状态进入到就绪状态,并按照任务切换规则进行切换。这种中断处理是完全集成在RTX51的内部,硬件中断事件的处理和信号、信息的处理是完全相同的。在系统响应中断使能寄存器,这样才能遵守任务的切换规则并保证中断程序的无误进行。必须注意中断使能寄存器是由RTX51完全控制的,禁止用户手动的修改。



3 应用实例

以下给出RTX51在单片机控制的GPS接收板上的应用。

(1)系统硬件组成

单片机W77E58,快速8051内核、32KB ROM、1KB的XDATA RAM,符合使用RTX51的硬件要求;键盘、GPS定位模块、液晶显示模块。

(2)系统软件构成

软件运行环境KEIL uVision2 6.20集成开发环境加上RTX51完成版。任务KEY-BOARD,监测键盘的情况,如果有按键按下,把按键的编码发更新到邮箱1,外部中断1等待接收GPS数据,并把数据存储起来,向DISPLAY任务发出信号。任务DISPLAY根据接收到的不同的信号和消息,进行处理。任务SEND-OUT,把接收到的数据进行处理,并发送出去。任务VOICE进行语音输出。

系统硬件、软件结构。

下面给出简写的源程序:

#include<RTX51.h> //包含RTX51头文件

#define DISPLAY 0

#define SEND_OUT1