实时系统学习.pptx

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1、内 容 提 要 前言RTX51系统特点RTX51的程序结构RTX51的功能函数RTX51的任务调度RTX51的系统配置 RTX51的应用举例 小结 第1页/共33页11.1前言RTX51是一款小巧的针对基于8051系列嵌入式系统的多任务实时操作系统。它的使用可以简化比较复杂、有严格时间限制的软件的设计过程。RTX51主要有两个不同的可用版本：RTX5lFull版。这里称之为RTX51的标准版，既可以以循环（Round一Robin）方式执行任务，也可以按4级任务优先级的方式切换不同优先级的任务。标准版以并行方式工作，支持中断管理，信号和消息可以通过邮箱系统在不同任务之间传递。第2页/共33页RT

2、X5lTiny版。这里称之为RTX5l的精简版，是其标准版的一个子集。它可以很容易地运行在8051的单芯片系统而不需要任何外部数据存储器。通用性强，系统需求低，但功能上受到限制。它只支持循环方式和信号方式的任务切换，而不支持优先级方式的任务切换。由于KEILC中自带了RTX5l的精简版RTX5lTiny，事实上精简版也能够满足绝大部分场合的应用要求，所以以下只讲解RTX5lTiny的内容，出现RTX51的地方默认为其精简版RTX51Tiny。第3页/共33页11.2 RTX51 11.2 RTX51 系统特点RTX51 RTX51 可以在所有的8051 8051 系列芯片上运行。用户只需要用标

3、准的C C语言编写RTX51 RTX51 程序，然后用C51C51编译器编译即可生成代码。其中，仅有少数内容和标准C C 语言有差异，这些内容是为了实现任务标识和优先级而设置的。RTX51 RTX51 程序设计需要包含实时运行头文件和必要的库文件，并且要用BL51 BL51 连接定位器来实现连接。在KeilKeil中，你只需要在目标选项的TargetTarget标签中的OperatingOperating中选择RTX-51 TinyRTX-51 Tiny，在你的头文件中加上#include#include 即可。第4页/共33页在RTX51TINY环境下生成代码，需要用到下列工具：C51编译器

4、BL51连接/定位器A51宏汇编器 此外，库文件RTX51TNY.LIB 必须存放在环境变量C51LIB所指定的路径下。RTX51 TinyRTX51 Tiny版可以运行在版可以运行在80518051的单芯片嵌入式系统上，且不需要的单芯片嵌入式系统上，且不需要任何外部数据存储器，但也不排斥应用程序访问外部的数据存储器。任何外部数据存储器，但也不排斥应用程序访问外部的数据存储器。RTX51 TinyRTX51 Tiny版本可以使用版本可以使用C51C51所支持的所有存储模式。所使用的存储模式只影响应用对象的存所支持的所有存储模式。所使用的存储模式只影响应用对象的存储位置。储位置。RTX51 Ti

5、nyRTX51 Tiny的系统变量和应用程序的堆栈区总是存储在的系统变量和应用程序的堆栈区总是存储在80518051的片内的片内RAMRAM中（即中（即DATADATA和和IDATAIDATA）。典型的）。典型的RTX51 TinyRTX51 Tiny应用程序一般运行于应用程序一般运行于SMALLSMALL存储模式下。存储模式下。第5页/共33页 RTX51 TinyRTX51 Tiny版本使用了80518051的定时器0 0和定时器0 0的中断信号。SFRSFR中的全局中断允许位或定时器0 0中断屏蔽位都可能使RTX51 TinyRTX51 Tiny停止运行。因此，除非有特殊的应用目的，应该

6、使定时器0 0的中断始终开启，以保证RTX51 TinyRTX51 Tiny的正常运行。实时操作系统的性能参数对嵌入式系统的应用开发也有着直接影响，RTX51RTX51的性能参数如表11-111-1所示。第6页/共33页11.3RTX51的程序结构RTX51Tiny通过循环（Round-Robin）方式来实现多任务，以达到多个无限循环或任务的准并行执行。这里的多任务并不是真正同时执行的，而是使用不同的时间片来执行，即只是宏观上的同时执行。它将可用的CPU周期分成多个时间片，由RTX51把这些时间片分配给每一个任务使用。每个任务只能在预定的时间片里运行。然后，RTX51再切换到另一个己经准备就绪

7、的任务，让它再执行一定的时间片。时间片一般是比较短促的，一个时间片大约只有毫秒级时间。正是由于这个原因，在用户看来，多个任务似乎是在同时执行的。第7页/共33页RTX51利用了一个由8051定时器中断信号驱动的定时程序来实现控制。定时器产生的周期性中断信号用来驱动RTX51的定时节拍。RTX51与用户程序中的main函数是无关的。用户程序中即使没有main程序，操作系统也会自动从设定的任务0开始执行。如果用户程序中已经有了main函数，就必须用人工方式来启动RTX51。这对于RTX51Tiny版，可以调用os_create_task函数来完成.下面是一个只使用下面是一个只使用Round-Rob

8、in Round-Robin 任务方式的简单任务方式的简单RTX51 RTX51 程序实例。程序实例。程序中的两个任务都是简单的计数循环。程序中的两个任务都是简单的计数循环。RTX51 RTX51 从从job0job0函数（设定为任务函数（设定为任务0 0）开始）开始执行。程序中还有另一个名为执行。程序中还有另一个名为job1job1的任务（设定为任务的任务（设定为任务l l）。系统一旦启动，在）。系统一旦启动，在job0 job0 执行一段时间后，执行一段时间后，RTx51 RTx51 就自动切换到就自动切换到job1job1的执行；而的执行；而job1job1执行一段时间后，执行一段时间后

9、，RTX51RTX51又切换回又切换回job0job0，如此无限循环地重复执行下去如此无限循环地重复执行下去 。第8页/共33页#includeintcounter0;intcounter1;voidjob0(void)_task_0os_create_task(1);/*任务l己准备就绪*/while(1)/*无限循环*/counter0+;/*更新计数值counter0*/voidjob1(void)_task_1while(1)/*无限循环*/counter1+;/*更新计数值counter1*/第9页/共33页11.4RTX51的功能函数RTX51精简版支持的功能函数如表11-2所示，

10、具体含义分别介绍如下。第10页/共33页11.4.1信号控制函数isr_send_signal函数原型charisr_send_signal(unsignedchartask_id);功能说明发送一个信号到task_id说明的任务。如果此任务已在等待一个信号，那么调用函数将使此任务就绪，准备执行。否则，信号讲存储在此任务的信号标志中。此函数只能从中断函数中调用。返回值如果执行成功，此函数返回0值；如果所指定的任务不存在，则返回-1。第11页/共33页os_clear_signal函数原型charos_clear_signal(unsignedchartask_id);功能说明清除由task_i

11、d说明的任务的信号返回值如果信号清除成功，此函数返回0值；如果所指定的任务不存在，则返回-1 os_send_signal函数原型charos_send_signal(unsignedchartask_id);功能说明发送一个信号到task_id说明的任务。如果此任务已在等待一个信号，那么调用函数将使此任务就绪，准备执行。否则，信号讲存储在此任务的信号标志中。此函数只能在任务函数中调用返回值如果执行成功，此函数返回0值；如果所指定的任务不存在，则返回-1第12页/共33页11.4.2任务控制函数os_create_task函数原型charos_create_task(unsignedchart

12、ask_id);功能说明启动已定义的由task_id说明的任务。此任务根据RTX51运行规则，标记为就绪，并准备执行。返回值如果任务成功启动，此函数返回0值；如果没有task_id说明的任务，则返回-1 第13页/共33页os_delete_task函数原型charos_delete_task(unsignedchartask_id);功能说明停止task_id说明的任务，此任务将从任务表中删除。返回值如果任务成功启动，此函数返回0值；如果没有task_id说明的任务，则返回-1。os_running_task_id函数原型charos_running_task_id(unsignedchar

13、task_id);功能说明判断当前执行任务的编号返回值返回当前正在执行的任务的编号，返回值为015。第14页/共33页11.4.3延时控制函数 os_wait函数原型charos_wait(unsignedcharevent_sel,/*将要等待的事件*/unsignedchartisks,/*将要等待的定时器时标数*/unsignedchardummy);/*未用参数*/功能说明停止当前执行的任务，并等待一个或多个事件，如时间间隔、超时、从另一个任务或中断发出的信号等。参数event_sel说明所等待的一个事件或几个事件的组合。事件种类如表11-3所示。第15页/共33页第16页/共33页表

14、11-4os_wait函数的返回值os_wait1函数原型charos_wait1(unsignedcharevent_sel);功能说明暂停当前任务，等待一个事件的发生。它是os_wait函数的一个子集，不接受针对os_wait函数提供的全部事件。参数event_sel指定了等待的事件，它只能是K_SIG。返回值当信号事件发生时，任务就被允许执行，任务的执行将恢复。返回用于识别事件、使任务重新启动的常量。第17页/共33页os_wait2函数原型charos_wait2(unsignedcharevent_sel,/*将要等待的事件*/unsignedchartisks);/*将要等待的定时

15、器时标数*/功能说明与os_wait相同，但是不需要dummy参数。返回值与os_wait相同 第18页/共33页11.5RTX51的任务调度RTX51利用任务状态来管理各个任务。用户为RTX51定义的每个任务都会以各种状态的某一种来运行。RTX51内核为每个任务保留了适当的状态如表11-5所示。表11-5 RTX5111-5 RTX51的任务状态 第19页/共33页RTX51以round-robin多任务方式执行程序，它支持多个无限循环或任务的准并行执行。任务不是被同时执行，而是以分时的方式轮片执行。可用的CPU时钟周期被分成多个时间片，然后由RTX51将这些时间片分配给各个任务。每个任务只

16、允许在预定的时间片中执行，时间片用完时，RTX51就切换至另一个就绪的任务，继续执行一段时间。时间片的具体长度可以用配置函数TIMESHARING来定义。如果遇到因为一个任务处于等待并且占用了时间片而暂时无法往下执行，可以调用系统函数os_wait来通知RTX51，以便将当前的任务挂起而提前执行另一任务。第20页/共33页RTX51中处理任务分配的模块称为调度程序（Scheduler）。调度程序驱动哪个任务运行是按照以下的规则进行的：（1）如果发生以下情况时，当前运行的任务将被中断：调用os_wait函数，而所等待的事件未来到；任务的执行时间已经超过所定义的Round-Robin循环时间间隔（

17、2）如果发生以下情况时，另一个任务将被启动：已没有正在执行的任务；将要执行的任务处在就绪状态或超时状态。第21页/共33页11.6RTX51的系统配置编写RTX51程序需要包含RTX51TNY.H 文件。在程序中，需要用一个关键字“_task_”来声明一个函数的任务属性。RTX51程序不需要main函数。在进行连接处理时，会将启动任务0的执行所需要的代码连接进来，作为开始执行的代码。用户可以更改配置文件CONF_TNY.A51 中的以下几个参数：系统定时器中断所用的寄存器组系统定时器的时间间隔Round-Robin的超时（time-out）值内部数据存储器的大小RTX5l启动后的自由堆栈大小

18、第22页/共33页以下是配置文件的部分内容：;RTX51的硬件定时器;用下面的EQU可预置RTX51的定时器时间常数;用8051定时器0作为控制软件的定时器;定义定时器中断用的寄存器组INT_REGBANKEQU1;默认为寄存器1组;定义8051定时器0溢出所需的机器周期数INT_CLOCKEQU10000;默认周期数为10000;定义Round-Robin的Timeout所需的定时器溢出数TIMESHARINGEQU5;默认为5次;注意：Round-Robin任务切换可用TIMESHARING为0来屏蔽 第23页/共33页;RTX51堆栈空间;以下的EQU语句定义了堆栈区的片内RAM体积和最

19、小自由堆栈空间：定义了堆栈空间耗尽后所执行的宏代码；定义最大的堆栈RAM地址RAMTOPEQU0FFH；默认地址是255;定义最小的堆栈自由空间FREE_STACKEQU20；默认为20字节堆栈自由空间;；发生堆栈用尽时的执行代码STACK_ERRORMACROCLREA;关闭所有中断SJMP$;如堆栈空间耗尽，进入死循环ENDM 在这个配置文件中，定义了许多可以修改的参数，以适应用户特定的应用程序环境。这些参数的说明详见表11-6所示。第24页/共33页表11-6配置文件参数说明第25页/共33页11.7RTX51的应用举例本节给出了一个采用RTX51实现的简单的交通灯控制模拟程序。其目的在

20、于展示RTX51编程的思路与优势，同时为便于学习，又力求程序简单。因此这里通过串口输出模拟了一个人行道上的红绿灯控制过程：车通行，绿灯亮；绿灯保持一段时间后，闪烁几秒转亮黄灯几秒；黄灯没后，红灯亮起，人通行。然后又亮绿灯，周而复始。为方便学习调试，这里采用串口输出不同的文本串来指示绿灯亮、绿灯闪烁（文本串闪烁）、黄灯亮、红灯亮4种状态。为便于观察结果，示例程序运行所获的状态持续时间为：绿亮10s，绿闪3s，黄亮3s，红亮10s。第26页/共33页第27页/共33页第28页/共33页voidlights(void)_task_LIGHTSwhile(1)/*任务必须是死循环*/os_wait1(

21、K_SIG);/*等待信号量（由clock任务发出）*/switch(showLightState)/*判断showLightState状态*/caseGREEN:/*显示绿灯*/printf(NOWisgreen:%8dr,time);/*串 口 输 出状态和时间*/break;caseGREENBLINK:/*绿灯闪烁*/if(timeBlink%2)/*如果timeBlink为偶数显示空，否则显示绿灯*printf(NOW is green:%8dr,time);elseprintf(r);break;caseYELLOW:/*黄灯*/printf(NOWisyellow:%7dr,ti

22、me);/*串口输出状态和时间*/break;caseRED:/*红灯*/printf(NOWisred:%10dr,time);/*串口输出状态和时间*/break;第29页/共33页第30页/共33页第31页/共33页time=13;/*更新时间数*/printf(n);/*换行输出*/break;11.8小结 本章介绍了RTX51Tiny版的使用。RTX51是一款适合做8051嵌入式系统平台的实时操作系统。RTX51专门针对51设计，小巧紧凑，代码开放。很多应用证明这是一个成功的8位单片机的RTOS。但是在应用过程中应该注意它的使用场合。比如说，开发一个某家电的红外遥控器，可以用8051实现，但没必要加入个RTOS，为其编写个专用的监控程序就可以了。此外，由于RTX51是一个多任务的操作系统，所有在它的框架下所使用的函数一般都要求有可重入性。第32页/共33页感谢您的观看。第33页/共33页