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基于MSP430單片機的實時多任務(wù)操作系統(tǒng)
摘要：實時多任務(wù)操作系統(tǒng)(RTOS)能有效提高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MSP430F149的RTOS——M430/OS。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(shù)公司產(chǎn)品上得到應用。引 言
1 在MSP430上使用RTOS的意義
一般的觀點認為，MSP430上使用RTOS是沒有意義的這是可以理解的。因為MSP430的硬件資源有限(以MSP430F149為例，只有2KB RAM),任何商業(yè)操作系統(tǒng)都不可能移植到MSP430上。目前在MSP430上得到應用的RTOS，只有μC/OS-II，但使用μC/OS-II 必須有昂貴的C編譯器，這嚴重地限制了其在MSP430上的使用。
正是基于以上情況，筆者在應用MSP430過程中，編寫了一個基于MSP430F149的RTOS，暫定名為M430/OS。它占用RAM量少、代碼短小，稍加改動就可適用于大多數(shù)其它MSP430單片機。
在MSP430單片機系統(tǒng)上使用M430/OS，對系統(tǒng)有以下意義：
① 實現(xiàn)軟件設(shè)計的模塊化。可將不同的功能模塊編制成相應的任務(wù)，由操作系統(tǒng)按級別調(diào)用，不必為先執(zhí)行哪個功能、后執(zhí)行哪個功能而費神。
② 能更合理、有效地利用CPU有限的資源。按任務(wù)的重要程度安排任務(wù)的級別，能夠保證最重要的任務(wù)得以最及時執(zhí)行。
③ 大大降低系統(tǒng)故障率。低優(yōu)先級的任務(wù)發(fā)生阻塞時，高優(yōu)先級任務(wù)的執(zhí)行不受影響。
2 M430/OS在MSP430F149上的實現(xiàn)
2.1 M430/OS功能特點
M430/OS有以下特點：
① 采用占先式內(nèi)核，即高優(yōu)先級的任務(wù)可以從低優(yōu)先級任務(wù)“搶”回CPU控制權(quán)；
② 每個任務(wù)都單獨開辟一個任務(wù)棧；
③ 每個任務(wù)占十幾到幾百字節(jié)的任務(wù)堆棧，任務(wù)棧的大小可以根據(jù)任務(wù)中現(xiàn)場數(shù)據(jù)、局部變量和嵌套調(diào)用的情況估算；
④ 每個任務(wù)各分配一個優(yōu)先級,不支持兩個任務(wù)有相同的優(yōu)先級；
⑤ 不支持信號量、郵箱功能；
⑥ 任務(wù)狀態(tài)只有三種：運行(executing)、就緒(ready)、掛起(suspended)；
⑦ 系統(tǒng)占用RAM量=（（任務(wù)個數(shù) 1）×4） 6字節(jié)，不包括任務(wù)堆棧；
⑧ 代碼量少，目前版本的代碼共有86行匯編代碼，256字節(jié)目標代碼；
⑨ 理論上最多支持126個任務(wù)；
⑩ 任務(wù)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CPU權(quán)切換到別的任務(wù)，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(wù)切換；
任務(wù)喚醒功能：在一個任務(wù)中產(chǎn)生一個的事件來觸發(fā)其它任務(wù)運行（如果被觸發(fā)的任務(wù)優(yōu)先級高的話，就會馬上運行）。
2.2 系統(tǒng)函數(shù)介紹
① OS_Init：多任務(wù)初始化，進行任務(wù)棧（任務(wù)棧的結(jié)構(gòu)見圖1）、任務(wù)延時計數(shù)、任務(wù)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(wù)，多任務(wù)系統(tǒng)啟動。
② OS_Time_Dly：把當前任務(wù)掛起一段指定時間讓其它任務(wù)運行。
③ OS_Sched：任務(wù)調(diào)度，它先把每個任務(wù)的延時數(shù)減1，然后再找出最高優(yōu)先級的就緒任務(wù)，并切換到這個就緒任務(wù)。如果無就緒任務(wù)，就切換到空閑任務(wù)。
④ OS_Free_Task：空閑任務(wù)，是一個很重要的系統(tǒng)任務(wù)，當所有任務(wù)都掛起時，運行此任務(wù)。它主要是對一個計數(shù)器Free_Count一直進行累加，用戶可以根據(jù)這個計數(shù)器計算出CPU的利用率。
⑤ OS_Task_Lock：鎖定任務(wù)調(diào)度，禁止任務(wù)調(diào)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。
⑥ OS_Task_Unlock：解鎖任務(wù)調(diào)度，和上面的子程序功能相反。
⑦ OS_Task_Wakeup：喚醒指定優(yōu)先級的任務(wù)，并產(chǎn)生一次任務(wù)調(diào)度，如果被喚醒任務(wù)的優(yōu)先級比當前運行的任務(wù)的優(yōu)先級高，任務(wù)就會切換到被喚醒的任務(wù)中，否則等待下一個調(diào)度時機。
2.3 主要功能的實現(xiàn)
（1）任務(wù)初始化
系統(tǒng)加電運行后，首先對硬件資源進行初始化，接著就要對多任務(wù)進行初始化了。主要是初始化每個任務(wù)的任務(wù)棧、每個任務(wù)的時鐘滴答數(shù)和堆棧指針位置。我們把每個任務(wù)棧都初始化成圖1形式。
任務(wù)棧的初始化如下程序（r11是用來初始任務(wù)堆棧的一個指針，r10是一個循環(huán)計數(shù)器）：
mov.w #(棧底 2) , r11
clr.w Task_Tick(r10) ;清0時鐘滴答數(shù)
mov.w #任務(wù)首地址 , 0(r11) ;把任務(wù)地址壓入堆棧
mov.w SR , -2(r11) ;把標志寄存器放入任務(wù)棧
mov.w r11 , Task_SP(r10)
sub.w #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(wù)棧之后，就把堆棧指針指向最高任務(wù)優(yōu)先級任務(wù)棧的任務(wù)首地址處，再執(zhí)行ret返回。這樣，多任務(wù)就啟動開了，程序如下：
mov.w #09feh , sp ;最高
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