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摘要：介紹如何運用Small RTOS51多任務" title="多任務">多任務操作系統(tǒng)進行嵌入式控制器的軟件設計" title="軟件設計">軟件設計,。首先介紹Small RTOS51多任務操作系統(tǒng)，然后介紹基于該操作系統(tǒng)進行數據采集器" title="數據采集器">數據采集器軟件系統(tǒng)的設計,。 ?

??? 關鍵詞：Small RTOS51 多任務操作系統(tǒng) 數據采集器?

引言?

　　隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展,，嵌入式軟件設計向軟件平臺靠近,，單片機軟件設計不再是單一線程結構方式，而是逐步采用多任務的設計思想,。實時內核也稱為實時操作系統(tǒng)或RTOS,。它使得實時應用程序的設計、擴展和維護變得更容易,，不需要大的改動就可以增加新的功能,。通過應用程序分割成若干獨立的任務，RTOS使得應用程序的設計過程大為簡化,。使用可剝奪性內核時,，所有時間要求苛刻的事件都得到了盡可能快捷、有效的處理,。通過有效的服務,，如信號量" title="信號量">信號量、郵箱、隊列,、延時,、超時等，RTOS使得資源得到更好的利用,。?

　　目前8位單片機在嵌入式系統(tǒng)中,，應用還是最廣泛的。51多任務系統(tǒng)中,，Keil C51 所帶的RTX51 Full 太大（6KB多）,，且需要外部RAM，又無源代碼,，很多時候不實用,。RTX51 Tiny雖然小（900多字節(jié)）,，但是任務沒有優(yōu)先級和中斷管理,，也無源代碼，也不太實用,。而uC/OSII雖有源代碼,，但是它太大，又需要外部RAM,，所有函數又必須是重入函數,，用在51這類小片內RAM的單片機上有點勉強。Small RTOS為小RAM系統(tǒng)設計,，RAM需求小,，比較適合51這種資源比較少的系統(tǒng)上。?

1 數據采集器系統(tǒng)設計?

??? 1.1 數據采集器原理?

　　數據采集器是將采集到的電表脈沖信號轉換為電能量數據整理保存,，并與上行設備通信傳輸到管理單元進行電表數據的統(tǒng)一管理,。?

??? 1.2 硬件設計?

　　主控制器采用AT89C52芯片，利用7032將脈沖信號采樣,，經過CPU的處理將數據存儲到EEPROM芯片中,，數據通過紅外信道上傳到掌上電腦中。系統(tǒng)框圖如圖1所示,。?

2 Small RTOS51多任務操作系統(tǒng)?

　　Small RTOS是一個源代碼公開的多任務實時操作系統(tǒng),，Small RTOS 51是其在8051系列處理器上的移植（使用Keil C51）。Small RTOS可以簡化那些復雜而且時間要求嚴格的工程的軟件設計工作,。?

Small RTOS有以下的特點,。?

① 公開源代碼。只要遵循許可協(xié)議,，任何人可以免費獲得源代碼,。?

② 可移植。盡量把與CPU相關部分壓縮到最小，與CPU無關部分用ANSI C編寫,。?

③ 可固化,。Small RTOS為嵌入式系統(tǒng)設計，如果有固化手段,，它可以嵌入到產品中成為產品的一部分,。?

④ 占先式,。Small RTOS可以管理17個任務,，用戶最多可以使用16個任務，每個任務優(yōu)先級不同,。?

⑤ 中斷管理,。中斷可以使正在執(zhí)行的任務掛起。如果優(yōu)先級更高的任務被中斷喚醒,，則高優(yōu)先級的任務在中斷嵌套全部退出后立即執(zhí)行,。中斷嵌套層數可達255 層。如果需要,，可以禁止中斷嵌套管理,。?

⑥ RAM需求小。Small RTOS為小RAM系統(tǒng)設計,，因而RAM需求小,，相應的，系統(tǒng)服務也少,。?

目前,，Small RTOS的最新版本為1.20.0?？梢赃M行任務的建立,、刪除、動態(tài)內存分配等操作,。?

3 任務分解設計?

　　數據采集器主要包括采集處理,、顯示處理、按鍵處理,、通信處理等模塊,，由中斷處理相應采集脈沖信號和串口" title="串口">串口通信。因此,，將任務分解為按鍵顯示處理,、接收數據、命令處理,、發(fā)送數據,、采樣濾波處理、系統(tǒng)檢測6個任務。?

　　主程序進行系統(tǒng)初始化以后,，順序建立6個任務,，進入CPU休眠狀態(tài)。各個任務運行后,，首先進入任務休眠狀態(tài),，等待相應任務的喚醒。任務被喚醒以后,，進行相應處理,，再次進入休眠狀態(tài)。這樣,，可以減少任務切換,，減輕系統(tǒng)負擔。

　　任務框圖如圖2所示,，主程序流程如圖3所示,。

　　脈沖到來時，引發(fā)相應外部中斷,，由中斷處理程序處理后,，置相應信號量，然后喚醒采樣濾波處理任務,。采樣濾波處理任務將數據整理后,，存儲到外部存儲器中。?

　　串口數據到來時,，引發(fā)串口中斷,，串口中斷處理程序喚醒數據接收任務。數據接收任務完成數據包的接收,，并根據通信數據包的特點進行錯誤處理,。數據包被正確接收后，喚醒命令處理任務,。命令處理任務判斷數據包的校驗和,，若正確就處理相應的命令。命令處理完成以后,，將回應數據打包,，然后喚醒發(fā)送數據任務，將數據通過串口發(fā)送出去,。?

　　每個任務均采用以下結構,。?

while(1)?

{?

OSWait(K_SIG, 0); // 任務睡眠，等待任務喚醒處理過程?

}?

任務的喚醒用OSTaskResume(TASK_ID)完成,。?

　　串口接收和發(fā)送處理采用隊列模式,，設立發(fā)送和接收兩個緩沖區(qū),，獨立的進出隊列處理。數據解包和數據打包采用單獨處理方式,，這樣單獨處理通信協(xié)議,，以利于今后協(xié)議的改動。?

　　串口緩沖I/O模塊的程序見本刊網站www.dpj.com.cn,。?

　　系統(tǒng)節(jié)拍設置：將OS_TICKS_PER_SEC設為20,，即系統(tǒng)時鐘節(jié)拍為每秒20次。定義定時器0的中斷時間設為50ms,。?

#define m_Fosc 11059200L?

#define m_TIME 65536L - (m_Fosc / (OS_TICKS_PER_SEC *?

12L))?

void InitTimer0(void) {?

TMOD = (TMOD & 0xF0) | 0x01;?

TH0 = m_TIME / 256;?

TL0 = m_TIME % 256;?

ET0 = 1;?

TF0 = 0;?

}?

　　TestSys任務定時檢測各任務的回應,，若長時間沒有回應，則啟動復位功能,，熱啟動整個系統(tǒng),，以保證系統(tǒng)的可靠性,。?

　　由于單片機采用AT89C52,，片內RAM為256，使用DS12887中的一部分RAM作為擴展,。隊列長度各為15個字節(jié)時,，程序經過9級優(yōu)化后，RAM占用140字節(jié),，XRAM占用106字節(jié),。由于系統(tǒng)RAM很小，因此,，沒有使用信號量和消息進行數據傳輸,。在其它應用時，可以根據系統(tǒng)資源進行信號量和消息的使用,，這樣可以更有效地使任務運行,。?

4 結論?

　　在嵌入式系統(tǒng)中，使用RTOS是大勢所趨,，因為在大多數情況下編程效率比執(zhí)行效率重要,。利用Small RTOS多任務系統(tǒng)設計，可以使51單片機發(fā)揮的更有效,，并且今后的軟件維護和改進更方便,，更可靠。?

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