做了7個(gè)文件,分別是
os_core.h //核心文件的參數(shù)定義
os_core.c //核心文件,包含進(jìn)程的6種操作,系統(tǒng)級(jí)別的操作
task_switch.h //任務(wù)切換函數(shù)的定義
task_switch.c //任務(wù)切換函數(shù)的實(shí)現(xiàn),采用搶占式中斷調(diào)用(T2自動(dòng)重載)
sem.h //信號(hào)量的定義,其實(shí)也就是3個(gè)函數(shù),創(chuàng)建信號(hào)量,發(fā)送一個(gè)信號(hào)量,接收信號(hào)量,在教材里面講得那么復(fù)雜,差點(diǎn)把人搞暈了,實(shí)現(xiàn)起來(lái)不要太簡(jiǎn)單
sem.c //信號(hào)量實(shí)現(xiàn)
main.c //任務(wù)以及它的操作和主函數(shù)包括在這里
//---------------------------------------------------os_core.h---------------------------------------------------------------//
#ifndef __OS_CORE_H__
#define __OS_CORE_H__
#include <reg52.h>
typedef signed char int8s;
typedef unsigned char int8u;
typedef signed int int16s;
typedef unsigned int int16u;
typedef signed long int32s;
typedef unsigned long int32u;
//任務(wù)的5種狀態(tài)
#define TASK_STATUS_CREATE 0x00
#define TASK_STATUS_RDY 0x01
#define TASK_STATUS_SUSPEND 0x02
#define TASK_STATUS_ENDED0x04
#define TASK_STATUS_SEM0x08
//任務(wù)控制塊
typedef struct {
int8u task_status;//任務(wù)狀態(tài)
int8u task_priority;//任務(wù)的優(yōu)先級(jí)
int8u task_stack_top;//任務(wù)棧頂?shù)刂?保存任務(wù)棧頂?shù)牡刂?
int8u task_wait_tick;//任務(wù)延時(shí)等待次數(shù)
}OS_TCB;
#define MAX_TASKS 4//最大的任務(wù)數(shù)量
//任務(wù)的優(yōu)先級(jí)從小到大一次排列，數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高
#define TASK_STACK_DEPTH 17//最大任務(wù)堆棧深度（2字節(jié)程序地址+13字節(jié)寄存器數(shù)據(jù)+2字節(jié)中斷過(guò)程保存字節(jié)）
#define NUM_RESISTER_PUSHED 13//人工堆棧中需要被保存的寄存器數(shù)量（這里因?yàn)槭?051，所以有13字節(jié)）
extern idata volatile OS_TCB os_tcb[MAX_TASKS];//任務(wù)控制塊列表
extern volatile int8u task_running_id;//正在運(yùn)行任務(wù)的標(biāo)號(hào)
extern volatile int8u os_res_list;//系統(tǒng)資源表，表示哪些資源是否被占用（最大為8個(gè)）
extern volatile int8u idata task_stack[MAX_TASKS][TASK_STACK_DEPTH];//每個(gè)任務(wù)的任務(wù)棧
extern volatile int8u task_int_list;//任務(wù)中斷標(biāo)記（最大為8個(gè)）
extern volatile int8u int_count;//進(jìn)入中斷次數(shù)
extern volatile int8u os_en_cr_count;//進(jìn)入臨界區(qū)次數(shù)
#define os_enter_critical() {EA=0;os_en_cr_count++;} //進(jìn)入臨界區(qū)
#define os_exit_critical() {if(os_en_cr_count>0){os_en_cr_count--;if(os_en_cr_count==0){EA=1;}}}//退出臨界區(qū)
//任務(wù)的六種操作
void task_create(void (*task)(void),int8u task_priority);
void task_delete(int8u task_id);
void task_sleep();
void task_wake();
void task_suspend(int8u task_id);
void task_resume(int8u task_id);
//系統(tǒng)操作
void os_init();//初始化系統(tǒng)
void os_start();//開(kāi)始系統(tǒng)
void os_delay(int8u tick);//任務(wù)延時(shí)
void os_task_idle();//空任務(wù)，具有最低優(yōu)先級(jí)
#endif
//---------------------------------------------------os_core.c---------------------------------------------------------------//
#include "os_core.h"
#include "task_switch.h"
idata volatile OS_TCB os_tcb[MAX_TASKS];//任務(wù)控制塊列表
volatile int8u task_running_id;//正在運(yùn)行任務(wù)的標(biāo)號(hào)
volatile int8u os_res_list;//系統(tǒng)資源表，表示哪些資源是否被占用（最大為8個(gè)）
volatile int8u idata task_stack[MAX_TASKS][TASK_STACK_DEPTH];//每個(gè)任務(wù)的任務(wù)棧
volatile int8u task_int_list;//任務(wù)中斷標(biāo)記（最大為8個(gè)）
volatile int8u int_count;//進(jìn)入中斷次數(shù)
volatile int8u os_en_cr_count;//進(jìn)入臨界區(qū)次數(shù)
/*
********************************************************************************************************
任務(wù)操作
********************************************************************************************************
*/
void task_create(void (*task)(void),int8u task_priority) {
static int8u i;
static int8u task_id;
static int8u *stack_point;
for(i=0; i<MAX_TASKS;i++) {//為任務(wù)分配id和資源（注意，task的id和資源的分配是自動(dòng)的）
if((os_res_list&(0x01<<i))==0) {//如果是空的話，那么會(huì)從第0個(gè)開(kāi)始分配，即第一個(gè)任務(wù)的ID號(hào)肯定是0，也就是空閑任務(wù)ID肯定是0
task_id = i;
os_res_list|=0x01<<i;
break;
}
}
os_tcb[task_id].task_status = TASK_STATUS_CREATE;//將任務(wù)置于創(chuàng)建態(tài)
//為任務(wù)分配堆棧空間
stack_point = task_stack[task_id];
for(i=0; i<TASK_STACK_DEPTH; i++) {//先清除堆棧
*(stack_point+i) = 0;
}
*stack_point = (int16u)task; //任務(wù)低8位給task_stack[task_id][0]
stack_point++;
*stack_point = (int16u)task>>8; //任務(wù)高8位給task_stack[task_id][1]
stack_point += NUM_RESISTER_PUSHED; //將13個(gè)寄存器位置保存起來(lái)
//為任務(wù)添加屬性
os_tcb[task_id].task_stack_top = (int8u)stack_point;
os_tcb[task_id].task_priority = task_priority;
os_tcb[task_id].task_wait_tick = 0;
os_tcb[task_id].task_status = TASK_STATUS_RDY;//將任務(wù)置于就緒態(tài)
}
void task_suspend(int8u task_id) { //掛起一個(gè)任務(wù)
os_enter_critical();
os_tcb[task_id].task_status = TASK_STATUS_SEM;//將該任務(wù)的狀態(tài)置于被掛起的狀態(tài)(由于信號(hào)量）
os_exit_critical();
if(task_id == task_running_id) {
os_task_switch(); //調(diào)用一下任務(wù)切換，切換到其它任務(wù)
}
}
void task_resume(int8u task_id) {
os_enter_critical();
if(os_res_list&(0x01<<task_id) != 0) { //如果要恢復(fù)的任務(wù)存在
os_tcb[task_id].task_status = TASK_STATUS_RDY;//將任務(wù)狀態(tài)置于就緒態(tài)
os_exit_critical();
if(os_tcb[task_id].task_priority < os_tcb[task_running_id].task_priority) {
os_task_switch(); //調(diào)用一下任務(wù)切換，切換到優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)
}
}
}
/*
void task_delete(int8u task_id) { //刪除一個(gè)任務(wù)
os_enter_critical();
if(os_res_list&(0x01<<task_id) != 0) { //如果要?jiǎng)h除的任務(wù)存在
os_tcb[task_id].task_status = TASK_STATUS_ENDED; //將任務(wù)狀態(tài)置于結(jié)束態(tài)
os_res_list &= ~(0x01<<task_id); //釋放任務(wù)使用的堆棧等資源
os_tcb[task_id].task_wait_tick = 0;
os_exit_critical();
os_task_switch();
}
}
*/
/*
********************************************************************************************************
系統(tǒng)操作
********************************************************************************************************
*/
void os_init(){ //初始化系統(tǒng)
EA = 0;//關(guān)閉總中斷
ET2 = 1;//開(kāi)啟定時(shí)器2中斷
T2CON = 0x00;//自動(dòng)重載
//T2MOD = 0x00;
RCAP2H = 0xD8; //晶振使用12MHZ，定時(shí)時(shí)間10ms
RCAP2L = 0xF0;
os_res_list = 0x00; //資源全部置空
os_en_cr_count = 0; //進(jìn)入臨階段0次
task_create(&(os_task_idle),MAX_TASKS-1);//創(chuàng)建空閑進(jìn)程，優(yōu)先級(jí)為MAX_TASKS-1
}
void os_start(){//開(kāi)始系統(tǒng)
task_running_id = 0;//指示task_idle 為第一個(gè)運(yùn)行的任務(wù)
os_tcb[task_running_id].task_stack_top -= NUM_RESISTER_PUSHED;//去掉寄存器的堆棧，以免在調(diào)用的時(shí)候出現(xiàn)堆棧溢出
SP = os_tcb[task_running_id].task_stack_top; //將空閑任務(wù)置于運(yùn)行態(tài)
TR2 = 1;//開(kāi)啟定時(shí)器2中斷
EA = 1;//開(kāi)啟總中斷
//while(1);//等待定時(shí)器中斷的調(diào)用
}
void os_delay(int8u tick){//任務(wù)延時(shí)
os_enter_critical();
os_tcb[task_running_id].task_wait_tick = tick;//設(shè)置延時(shí)節(jié)拍數(shù)
os_tcb[task_running_id].task_status = TASK_STATUS_SUSPEND;//將置于處于掛起態(tài)，等待延時(shí)
os_exit_critical();
os_task_switch();
os_exit_critical();
}
void os_task_idle() {//空任務(wù)，具有最低優(yōu)先級(jí)
//static int8u i;
while(1) {
//os_enter_critical();
//i++;
//os_exit_critical();
}
}
//---------------------------------------------------task_switch.h---------------------------------------------------------------//
#ifndef __TASK_SWITCH_H__
#define __TASK_SWITCH_H__
#include "os_core.h"
void os_task_switch();//任務(wù)調(diào)度
#endif
//---------------------------------------------------task_switch.c---------------------------------------------------------------//
#include "task_switch.h"
void os_task_switch(){//任務(wù)調(diào)度
static int8u i;
EA = 0;
__asm PUSH ACC//保存寄存器
__asm PUSH B
__asm PUSH PSW
__asm PUSH DPH
__asm PUSH DPL
__asm MOV A,R0
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R1
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R2
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R3
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R4
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R5
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R6
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R7
__asm PUSH ACC
os_tcb[task_running_id].task_stack_top = SP;//保存當(dāng)前的堆棧指針
//os_tcb[task_running_id].task_status = TASK_STATUS_RDY;//不用在這里修改當(dāng)前任務(wù)的狀態(tài)，已經(jīng)在任務(wù)函數(shù)中修改過(guò)了
task_running_id = 0;
for(i=0; i<MAX_TASKS; i++) {
if((os_res_list&(0x01<<i)) != 0) {//判斷任務(wù)的資源是否還在使用，即任務(wù)是否還存在
if(os_tcb[i].task_status == TASK_STATUS_RDY) {
if(os_tcb[i].task_priority<os_tcb[task_running_id].task_priority) {
task_running_id = i; //找到優(yōu)先級(jí)最高的，而且處于就緒狀態(tài)的任務(wù)，將它置位當(dāng)前要運(yùn)行的任務(wù)
}
}
}
}
SP = os_tcb[task_running_id].task_stack_top;
__asm POP ACC//恢復(fù)寄存器
__asm MOV R7,A
__asm POP ACC
__asm MOV R6,A
__asm POP ACC
__asm MOV R5,A
__asm POP ACC
__asm MOV R4,A
__asm POP ACC
__asm MOV R3,A
__asm POP ACC
__asm MOV R2,A
__asm POP ACC
__asm MOV R1,A
__asm POP ACC
__asm MOV R0,A
__asm POP DPL
__asm POP DPH
__asm POP PSW
__asm POP B
__asm POP ACC
EA = 1;
}
void timer2_isr(void) interrupt 5 using 1 {
int8u i;
EA = 0;
__asm MOV A,R0
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R1
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R2
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R3
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R4
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R5
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R6
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R7
__asm PUSH ACC
TF2 = 0;
os_tcb[task_running_id].task_stack_top = SP;
task_running_id = 0;
for(i=0; i<MAX_TASKS; i++) {
if((os_res_list&(0x01<<i)) != 0) {//判斷任務(wù)的資源是否還在使用，即任務(wù)是否還存在
if(os_tcb[i].task_status == TASK_STATUS_SUSPEND) { //只有被掛起的任務(wù)才能時(shí)間減少
if(os_tcb[i].task_wait_tick != 0) {
os_tcb[i].task_wait_tick--;
if(os_tcb[i].task_wait_tick == 0) {
os_tcb[i].task_status = TASK_STATUS_RDY;
}
}
}
if(os_tcb[i].task_status == TASK_STATUS_RDY) {
if(os_tcb[i].task_priority<os_tcb[task_running_id].task_priority) {
task_running_id = i; //找到優(yōu)先級(jí)最高的，而且處于就緒狀態(tài)的任務(wù)，將它置位當(dāng)前要運(yùn)行的任務(wù)
}
}
}
}
SP = os_tcb[task_running_id].task_stack_top;
__asm POP ACC//恢復(fù)寄存器
__asm MOV R7,A
__asm POP ACC
__asm MOV R6,A
__asm POP ACC
__asm MOV R5,A
__asm POP ACC
__asm MOV R4,A
__asm POP ACC
__asm MOV R3,A
__asm POP ACC
__asm MOV R2,A
__asm POP ACC
__asm MOV R1,A
__asm POP ACC
__asm MOV R0,A
EA = 1;
}
//---------------------------------------------------sem.h---------------------------------------------------------------//
#ifndef __SEM_H__
#define __SEM_H__
#include "os_core.h"
#define MAX_SEMS 2
typedef struct {
int8u os_event_state;//0：不可用，1：可用
int8u os_task_pend_tbl;//等待信號(hào)量的任務(wù)列表
}OS_EVENT;
extern volatile OS_EVENT os_sem[MAX_SEMS];
void os_task_sem_pend(int8u index);
void os_task_sem_post(int8u index);
void os_sem_create(int8u index,int8u state);
#define os_sem_clean(index) os_sem[index].os_event_state = 0
#endif
//---------------------------------------------------sem.c---------------------------------------------------------------//
#include "sem.h"
volatile OS_EVENT os_sem[MAX_SEMS];
void os_task_sem_pend(int8u index) {
os_enter_critical();
if(index< MAX_SEMS) {
if(os_sem[index].os_event_state!=0) {//信號(hào)量可用
os_sem[index].os_event_state--;
} else {
os_sem[index].os_task_pend_tbl |= (0x01<<task_running_id);
task_suspend(task_running_id);
}
}
os_exit_critical();
}
void os_task_sem_post(int8u index) {
int8u i;
os_enter_critical();
if(index<MAX_SEMS) {
for(i=0; i<MAX_TASKS; i++) { //找到的i是優(yōu)先級(jí)最高且處于等待狀態(tài)的任務(wù)
if((os_sem[index].os_task_pend_tbl&(0x01<<i)) != 0) {//如果要恢復(fù)的任務(wù)存在
break;
}
}
if(i < MAX_TASKS) {
os_sem[index].os_task_pend_tbl &= ~(0x01<<i);
task_resume(i);
} else {
os_sem[index].os_event_state++;
}
}
os_exit_critical();
}
void os_sem_create(int8u index,int8u state) { //初始化信號(hào)量
if(index < MAX_SEMS) {
os_sem[index].os_task_pend_tbl = 0;
os_sem[index].os_event_state = state;
}
}
//---------------------------------------------------main.c---------------------------------------------------------------//
#include "os_core.h"
#include "task_switch.h"
#include "sem.h"
void task_1(void) {
static int8u i;
while(1) {
os_task_sem_pend(1);
i++;
P1 = 0x01<<(i%8);
os_delay(100);
os_task_sem_post(1);
}
}
sbit led = P2^1;
void task_2(void) {
while(1) {
os_task_sem_pend(0);
os_task_sem_pend(1);
led = 1;
os_delay(10);
led = 0;
os_delay(10);
os_task_sem_post(0);
os_task_sem_post(1);
}
}
void task_3(void) {
static int8u j;
while(1) {
os_task_sem_pend(0);
j++;
P3 = 0x01<<(j%8);
os_delay(100);
os_task_sem_post(0);
}
}
int main(void) {
os_init();
P1=0;
P2=0;
P3=0;
os_sem_create(0,1);
os_sem_create(1,1);
task_create(&(task_2),0);
task_create(&(task_1),1);
task_create(&(task_3),2);
os_start();
return 0;
}
總結(jié):
在51單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)是我們不常討論的話題，其實(shí)操作系統(tǒng)還是有蠻大的用處的， 上次我寫(xiě)了一篇文章：一個(gè)簡(jiǎn)單的51單片機(jī)操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，連接是：http://m.zg4o1577.cn/mcu/1325.html ，這篇其實(shí)是對(duì)上篇文章的補(bǔ)充.實(shí)現(xiàn)更多的一些功能，希望大家多多指點(diǎn)啊.
實(shí)現(xiàn)了任務(wù)的互斥，使得兩個(gè)任務(wù)之間能夠互斥運(yùn)行，但是不能是兩個(gè)以上，因?yàn)橄到y(tǒng)采用的是搶占式的中斷調(diào)度，所以兩個(gè)以上任務(wù)公用一個(gè)信號(hào)量，會(huì)出現(xiàn)優(yōu)先級(jí)較低的那個(gè)任務(wù)出現(xiàn)饑餓的情況。
任務(wù)的實(shí)時(shí)性是很有保障的，因?yàn)閮?nèi)部函數(shù)比較簡(jiǎn)單，所以不存在嵌套中斷的說(shuō)法。
計(jì)算一下程序使用的RAM，一共使用大概101字節(jié)，剩余107字節(jié)可用，感覺(jué)還不錯(cuò).
現(xiàn)在已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)信號(hào)量的功能。
剩下的還有郵箱、事件、內(nèi)存等等了，不過(guò)由于8051RAM空間還是小了些，如果能擴(kuò)充到4KB以上，發(fā)展?jié)摿Φ故菚?huì)有很大的提高，不過(guò)外置RAM肯定速度上比不了內(nèi)置的。
自己動(dòng)手做51操作系統(tǒng)現(xiàn)在暫時(shí)告一段落，操作系統(tǒng)還是在片上資源豐富的系統(tǒng)上用比較好，不過(guò)STC的那個(gè)最NB的STC90C516AD擁有4KB的RAM和62KB的ROM用起來(lái)也可以的。價(jià)格也不貴,有空再去嘗試...
當(dāng)任務(wù)多了的時(shí)候，任務(wù)的配置模塊也很多，RAM里面84%以上的空間都是用于任務(wù)的各種屬性的配置，包括任務(wù)堆棧和任務(wù)的互斥。
希望接下來(lái)的復(fù)習(xí)能夠更加認(rèn)真！！！現(xiàn)在算是了卻了我內(nèi)心中的一樁心愿吧，真正實(shí)現(xiàn)了自己的操作系統(tǒng)！！！（功能匱乏，只有進(jìn)程調(diào)度和互斥實(shí)現(xiàn))
現(xiàn)在我才知道鏈表的操作是多么地耗費(fèi)內(nèi)存.創(chuàng)建一個(gè)指針就要3個(gè)字節(jié),如果搞個(gè)鏈表出來(lái),包括結(jié)構(gòu)體,在資源不那么豐富的8051上(操作系統(tǒng)中),簡(jiǎn)直是宰牛用殺雞刀,完全吃不消.但是如果是AVR或者ARM等片上資源豐富的單片機(jī),那就不存在了.
為什么手機(jī)的操作系統(tǒng)里面一個(gè)安裝文件動(dòng)不動(dòng)就幾MB的大小,為什么Android中的程序動(dòng)不動(dòng)就占用幾MB的內(nèi)存?
這就和操作系統(tǒng)有很大關(guān)系了,創(chuàng)建一個(gè)任務(wù),給它定義進(jìn)程控制塊,堆棧,還要包括它的GUI,別看圖形界面特別簡(jiǎn)單,實(shí)際上采用圖形界面還是相當(dāng)吃內(nèi)存的.在進(jìn)程切換中,保存堆棧和一些進(jìn)程信息,這又得占用一部分內(nèi)存.Android因?yàn)椴捎锰摂M機(jī)的緣故,這虛擬機(jī)它也得吃內(nèi)存啊,開(kāi)個(gè)程序就有個(gè)虛擬機(jī)跟著,速度當(dāng)然不如symbian了.可惜symbian內(nèi)存和cpu的頻率比較低...
所以內(nèi)存占用和系統(tǒng)任務(wù)的個(gè)數(shù)是線性關(guān)系的.當(dāng)某個(gè)程序比較大,它占用內(nèi)存越多,而且可能會(huì)頻繁地讀取內(nèi)存,這樣就會(huì)造成其它程序速度變慢.這就是為什么在聽(tīng)歌的時(shí)候,上網(wǎng)有時(shí)會(huì)有點(diǎn)卡的原因之一.
系統(tǒng)啟動(dòng)的時(shí)候,會(huì)把程序加載進(jìn)入內(nèi)存中,當(dāng)需要加載的程序數(shù)量過(guò)多時(shí),自然就會(huì)比較卡.所以開(kāi)機(jī)的時(shí)候會(huì)有一段延遲.