計算機系統(tǒng)分析應用論文
一、概述
一般說來，單片機的應用系統(tǒng)中都需要同時執(zhí)行很多任務，我們可以利用實時操作系統(tǒng)來靈活地安排系統(tǒng)資源。rtx51是美國keil公司開發(fā)的一種小型的面向mcs51系列單片機的實時多任務操作系統(tǒng)，它可以工作于8051單片機以及派生家族中，簡化了復雜的軟件設計，縮短了項目周期。
二、rtx51介紹
rtx51有2個模式：rtx51完全模式和最小模式。rtx51最小模式版是rtx51完全版的一個子集，可以很容易地運行在8051系統(tǒng)上，而不需要外部ram（dxata）。rtx51完全模式有4個任務優(yōu)先級，可以和中斷函數(shù)并行處理，各個任務之間通過使用“郵箱”系統(tǒng)來進行信號和消息的傳遞，可以動態(tài)地申請和釋放內(nèi)存；同時，可以強制一個任務停止執(zhí)行，等待一個中斷，或者是其它中斷傳來的信號量或者消息。
（一）rtx51任務
rtx51包括2類任務：快速任務和標準任務。快速任務有很快的響應速度，每個快速任務使用8051一個單獨的寄存器組，并且有自己的堆棧區(qū)域。rtx51支持最大同時有3個快速任務。標準任務需要多一點的時間來進行任務切換，因此使用的內(nèi)部ram相對快速任務要少，所有的標準任務共用1個寄存器組和堆棧。當任務切換的時候，當前任務的寄存器狀態(tài)和堆棧內(nèi)容轉移到外部存儲器中。rtx51支持最大16個標準任務。
（二）rtx51任務狀態(tài)
（1）運行（runnign）當前正在運行的任務處于running狀態(tài)，同一時間只有1個任務可以運行。
（2）就緒（ready）等待運行的任務處于ready狀態(tài)，在當前運行的任務退出運行狀態(tài)后，就緒隊列中優(yōu)先級最高的任務進入到運行狀態(tài)。
（3）阻塞（blocked）等待一個事件的任務處于blocked狀態(tài)，如果事件發(fā)生且優(yōu)先級比正在運行的任務高，此任務進入運行狀態(tài)；如果優(yōu)先級比正在運行的任務低，此任務進入ready狀態(tài)。
（4）刪除（d）沒有開始的任務處于刪除狀態(tài)。
（三）rtx51中斷處理
rtx51完全模式提供2種方法來處理中斷：一種是c51的中斷函數(shù)，另一種是rtx51的中斷。它又可以分為快速任務中斷和標準任務中斷。對于中斷函數(shù)這種方法，它同時也可以在不使用rtx51的情況下使用，當中斷發(fā)生的時候，程序就跳到了相應的中斷函數(shù)，它和正在運行的任務是互相獨立的，中斷的處理是在rtx51系統(tǒng)之外，和任務切換規(guī)則沒有關聯(lián)。對于任務中斷的方法，不管使用快速是標準任務來處理中斷，如果中斷發(fā)生，等待中斷的任務就從“等待”狀態(tài)進入到就緒狀態(tài)，并按照任務切換規(guī)則進行切換。
（四）任務調(diào)度rtx51
包含一個事件驅動的任務調(diào)度機制，它能夠按照任務的優(yōu)先級進行切換，也就是搶占式多任務系統(tǒng)；另外還有一個可選的時間片輪轉切換任務模式，在這種模式下，rtx51使用8051內(nèi)部定時器t0來產(chǎn)生定時節(jié)拍，各任務只在各自分配的定時節(jié)拍數(shù)（時間片）內(nèi)執(zhí)行。當時間片用完后，切換至下一任務運行，因此，各任務是并發(fā)執(zhí)行的。同級別的任務是按照時間片分別占用cpu的。rtx51任務有4個優(yōu)先級：0、1、2可以分配給標準任務，優(yōu)先級3是為快速任務保留的。每個任務都可以等待事件的發(fā)生，而并不增加系統(tǒng)的負擔；任務可以等待消息、信號、中斷、超時事件或者它們的組合。
（五）任務控制
為了能描述和控制任務的運行，rtx51為每個任務定義了稱作任務控制塊的數(shù)據(jù)結構，主要包括四項內(nèi)容：任務的代碼入口地址，位于code空間，2字節(jié)為一個單位。
任務所使用堆棧棧底位置，位于idata空間，1字節(jié)為一個單位。
任務的定時節(jié)拍計數(shù)器，在每一次定時節(jié)拍中斷后都自減一次。
任務狀態(tài)寄存器，用其各個位來表示任務所處的狀態(tài)。位于idata空間，以2字節(jié)為一單位。
（六）定時器t0中斷服務程序的任務
（1）rtx51使用定時器t0作為定時節(jié)拍發(fā)生器，是任務切換、時間片輪轉的依據(jù)。
（2）更新各個任務節(jié)拍數(shù)：將各任務節(jié)拍數(shù)寄存器減1，如果某任務超時，并且該任務正在等待超時事件，則將該任務置為“ready”狀態(tài)，使其返回任務隊列。
（3）檢查自由堆棧空間：若自由堆棧空間范圍小于freestack（默認為20字節(jié)）時，可以調(diào)用宏stack_error，進行堆棧出錯處理。
三、rtx51應用中應注意的問題
原則講rtx51可以應用到基于mcs51系列單片機組成的任何系統(tǒng)中。rtx51的優(yōu)點在于軟件開發(fā)周期短、效率高；由于rtx51在運行時需要占用cpu的部分硬件資源，如通常占用定時/計數(shù)器t0，且對堆棧深度要求較高，因此，在使用時應注意rtx51對硬件配置的要求。
（一）rtx51對硬件的要求
rtx51分為完全模式和最小模式，對于rtx51完全模式，要求系統(tǒng)要有外部ram，同時，還應合理分配cpu的硬件資源，留出定時/計數(shù)器t0作為系統(tǒng)多任務執(zhí)行的時間片發(fā)生器；對于簡單的嵌入式系統(tǒng)，由于通常沒有外部ram，通常選擇rtx51最小模式。在最小模式下，定時/計數(shù)器t0用戶不能使用，而是留給系統(tǒng)作多任務切換的時間片發(fā)生器。
（二）合理分配任務的時間片數(shù)和任務優(yōu)先級
在執(zhí)行多任務時，由于各個任務處理時，需要的時間不同，任務對實時性要求不同，所以，應合理配置各個任務的時間片數(shù)，盡量使任務在規(guī)定的時間片內(nèi)完成，減少任務間的消息傳遞，確保系統(tǒng)資源的使用效率。在rtx51完全模式下，應注意各個任務的優(yōu)先級配置；在rtx51最小模式下，各個任務沒有優(yōu)先級規(guī)定，各任務只能在時間片定時器的控制下并行執(zhí)行。
四、結論
在can局域網(wǎng)節(jié)點設計過程中，我們成功地將rtx51最小模式應用到系統(tǒng)之中，簡化了系統(tǒng)的軟件設計，提高了開發(fā)效率，縮短了開發(fā)周期。
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