基于MSP430單片機的實時多任務操作系統(tǒng)

1、基于MSP430單片機的實時多任務操作系統(tǒng)摘要：實時多任務操作系統(tǒng)(RTS)能有效進步嵌入式平臺的資源利用效率，是嵌入式應用的必然趨勢。本文闡述基于SP430F149的RTS430/S。它由匯編寫成、短小精干、占用系統(tǒng)資源少、運行穩(wěn)定可靠，目前已在思達高科配網(wǎng)技術公司產(chǎn)品上得到應用。關鍵詞：RTS任務調度SP430引言1在SP430上使用RTS的意義一般的觀點認為，SP430上使用RTS是沒有意義的這是可以理解的。因為SP430的硬件資源有限(以SP430F149為例，只有2KBRA),任何商業(yè)操作系統(tǒng)都不可能移植到SP430上。目前在SP430上得到應用的RTS，只有/S-II，但使用/S-

2、II必須有昂貴的編譯器，這嚴重地限制了其在SP430上的使用。正是基于以上情況，筆者在應用SP430過程中，編寫了一個基于SP430F149的RTS，暫定名為430/S。它占用RA量少、代碼短小，稍加改動就可適用于大多數(shù)其它SP430單片機。在SP430單片機系統(tǒng)上使用430/S，對系統(tǒng)有以下意義：實現(xiàn)軟件設計的模塊化。可將不同的功能模塊編制成相應的任務，由操作系統(tǒng)按級別調用，不必為先執(zhí)行哪個功能、后執(zhí)行哪個功能而費心。能更合理、有效地利用PU有限的資源。按任務的重要程度安排任務的級別，可以保證最重要的任務得以最及時執(zhí)行。大大降低系統(tǒng)故障率。低優(yōu)先級的任務發(fā)生阻塞時，高優(yōu)先級任務的執(zhí)行不受影響

3、。2430/S在SP430F149上的實現(xiàn)2.1430/S功能特點430/S有以下特點：采用占先式內核，即高優(yōu)先級的任務可以從低優(yōu)先級任務“搶回PU控制權；每個任務都單獨開拓一個任務棧；每個任務占十幾到幾百字節(jié)的任務堆棧，任務棧的大小可以根據(jù)任務中現(xiàn)場數(shù)據(jù)、部分變量和嵌套調用的情況估算；每個任務各分配一個優(yōu)先級,不支持兩個任務有一樣的優(yōu)先級；不支持信號量、郵箱功能；任務狀態(tài)只有三種：運行(exeuting)、就緒(ready)、掛起(suspended)；系統(tǒng)占用RA量=任務個數(shù)+14+6字節(jié)，不包括任務堆棧；代碼量少，目前版本的代碼共有86行匯編代碼，256字節(jié)目的代碼；理論上最多支持126

4、個任務；任務鎖定功能：在一段低優(yōu)先級的代碼中，不想讓操作系統(tǒng)把PU權切換到別的任務，這時可以把這代碼鎖定，在運行這段代碼時，就不會引起任務切換；任務喚醒功能：在一個任務中產(chǎn)生一個的事件來觸發(fā)其它任務運行假如被觸發(fā)的任務優(yōu)先級高的話，就會馬上運行。2.2系統(tǒng)函數(shù)介紹S_Init：多任務初始化，進展任務棧任務棧的構造見圖1、任務延時計數(shù)、任務狀態(tài)的初始化。初始化完成后，系統(tǒng)直接切換到最高優(yōu)先級的任務，多任務系統(tǒng)啟動。S_Tie_Dly：把當前任務掛起一段指定時間讓其它任務運行。S_Shed：任務調度，它先把每個任務的延時數(shù)減1，然后再找出最高優(yōu)先級的就緒任務，并切換到這個就緒任務。假如無就緒任務，

5、就切換到空閑任務。S_Free_Task：空閑任務，是一個很重要的系統(tǒng)任務，當所有任務都掛起時，運行此任務。它主要是對一個計數(shù)器Free_unt一直進展累加，用戶可以根據(jù)這個計數(shù)器計算出PU的利用率。S_Task_Lk：鎖定任務調度，制止任務調度。主要用來鎖定在低優(yōu)先級中的一些可重入的代碼或一些重要代碼。S_Task_Unlk：解鎖任務調度，和上面的子程序功能相反。S_Task_akeup：喚醒指定優(yōu)先級的任務，并產(chǎn)生一次任務調度，假如被喚醒任務的優(yōu)先級比當前運行的任務的優(yōu)先級高，任務就會切換到被喚醒的任務中，否那么等待下一個調度時機。2.3主要功能的實現(xiàn)1任務初始化系統(tǒng)加電運行后，首先對硬件

6、資源進展初始化，接著就要對多任務進展初始化了。主要是初始化每個任務的任務棧、每個任務的時鐘滴答數(shù)和堆棧指針位置。我們把每個任務棧都初始化成圖1形式。任務棧的初始化如下程序r11是用來初始任務堆棧的一個指針，r10是一個循環(huán)計數(shù)器：v.#(棧底+2),r11lr.Task_Tik(r10);清0時鐘滴答數(shù)v.#任務首地址,0(r11);把任務地址壓入堆棧v.SR,-2(r11);把標志存放器放入任務棧v.r11,Task_SP(r10)sub.#現(xiàn)場所占的字節(jié)數(shù),Task_SP(r10);SP位置放入堆棧初始化完任務棧之后，就把堆棧指針指向最高任務優(yōu)先級任務棧的任務首地址處，再執(zhí)行ret返回。這

7、樣，多任務就啟動開了，程序如下：v.#09feh,sp;最高優(yōu)先級的任務棧任務首地;址位置ret;返回到最高優(yōu)先級的任務任務初始化的流程如圖2所示。2時鐘節(jié)拍時鐘節(jié)拍由SP430F149的TierA產(chǎn)生。TierA工作于上升形式，R0中是TierA計數(shù)最大值。TierA初始化代碼如下：bis.#(TASSEL1+TALR+_1),TATLv.2(sp),R0;計數(shù)最大值，此值決定時鐘節(jié)拍bis.#IE,TL03任務調度應用程序調用S_init進展初始化后，直接切換到最高優(yōu)先級的任務。每個任務在運行一個循環(huán)后執(zhí)行S_Tie_Dly掛起。這是通過把該任務的延時數(shù)填到該任務的Task_Tik中，然后

8、再執(zhí)行任務調度程序實現(xiàn)。任務調度就是在定時中斷時對所有任務的Task_Tik減1，然后再按優(yōu)先級上下的順序查找Task_Tik減到0的任務，并直接跳到任務切換程序。下面是任務切換程序r10的內容是就緒任務的標志，由調度程序找出：pushALL;把當前任務現(xiàn)場入棧v.bN_Task,r11;當前任務標志放r11v.sp,Task_SP(r11);保存當前任務堆棧指針v.br10,N_Task;就緒任務標志變?yōu)楫斍叭蝿諛酥緑.Task_SP(r10),sp;就緒任務的任務棧指針放入SP;此時再進展堆棧操作就是對就緒任務的任務棧操作了。ppALL;把就緒任務的現(xiàn)場出棧reti;中斷返回，返回到就緒任

9、務任務調度的調度時機有兩種：一種是在任務掛起時，一種是定時中斷。任務掛起時的任務調度一定會引起任務切換，定時中斷就不一定引起任務切換了。因為，假如就緒任務是當前正在運行的任務時不會引起切換。正是如此，任務調度是RTS中執(zhí)行得最頻繁的一個功能，也是最重要的一個功能，所以必須盡量縮減其代碼量，盡量用可靠的調度算法來減少任務調度所占的時間。這個子程序的流程如圖3所示。4任務鎖和其它功能的實現(xiàn)任務的加鎖與解鎖，是為了使一些在低優(yōu)先級任務的不可重入代碼，或對實時性要求較高的I/操作在執(zhí)行中不產(chǎn)生任務切換。這項功能是通過設置一個標志位實現(xiàn)的。當調度程序檢查到任務被鎖定時，就算有就緒任務也必須等開鎖之后才能切換。假如系統(tǒng)突然產(chǎn)生一個事件要某個掛起的任務來處理，可以在事件產(chǎn)生的程序中調用任務喚醒。它的原理是把Task_Tik清0，然后執(zhí)行一次任務調度。假如這個任務優(yōu)先級較高，就直接切換到這個任務里執(zhí)行。3總結430