前言: 此文章適合對51單片機感興趣,也想利用51實現(xiàn)簡單的實時系統(tǒng)的程序管理,適合學(xué)習(xí)交流用,望謹(jǐn)慎吐槽。
準(zhǔn)備一:
所謂實時呢,這個概念三言兩語不好解釋, 在這里就不涉及太多的官方及專業(yè)名詞和術(shù)語。就像你用電飯煲做飯一樣,當(dāng)你啟動后,是希望它一直工作,直到把
飯做好,而不希望它會中途出現(xiàn)故障什么的。然后在中斷,你希望想煮粥,那就停了電,再加水,調(diào)成煮粥模式,然后繼續(xù)工作,直到完成。這個,就有點實時的解
釋吧,如果這個解釋不夠形象,要不再舉例另一個,請私下聯(lián)系再作舉例。
所謂多任務(wù)呢,這個應(yīng)該不難解釋了,不過,還是再羅嗦一下。51單片機,就只有一個CPU,就像你在廚房做飯,只有你一個人,你又想煮飯,又想燒菜,還
想打掃衛(wèi)生,但你一個人,不可能同時做的。所以,一個重要的概念就在這里。一個CPU不可能同時做這么多做事的。所以,它不得不像人一樣,一會做這個,一
會做那個。比如10分鐘掃一下地,然后10分鐘燒一個菜,然后10分鐘 去上個廁所,然后10分鐘再回來掃一下地。就這樣把時間分配好,但以一個小時來
看,就感覺你這一個小時是幾個工作同時在做,而且這幾個事互不影響的。 好了,有了這兩個概念就差不多了。 51單片機靠什么來得到這個確定的時間,并把它分割成一段一段的呢。
下面就以一個多任務(wù)系統(tǒng)來說,因為51單片機的儲存空間不夠,一般不適合做大的系統(tǒng)移植。玩過STM32的人應(yīng)該清楚uC/OS系統(tǒng)的移植,把uC
/OS移植到51單片機,也不無不可,只是光是把一個系統(tǒng)移植上去,單片機就沒有多少空間做其它事了。就好比說,你一個硬盤是40G的,你裝了個win
7系統(tǒng)后都差不多占了20G了,那你硬盤就沒有多少空間再做其它事了。 uC/OS不好移植了,就更別說把linux系統(tǒng)移植給51單片機了。那,就沒有合適給51單片機的嗎?答案是有的。 如果你使用增強型的51單片機,還是可以考慮對uC/OS裁剪移植的。 不過,對于增強型,還是普通型,還是基本51內(nèi)核的單片機,都有一個比較適合做簡單的多任務(wù)系統(tǒng)開發(fā)的。
在KEIL里,開發(fā)了一個適合對51使用的多任務(wù)實時系統(tǒng)的開發(fā)的。就是RTX51系統(tǒng)。 RTX51分有兩個,一個是RTX51FULL,一個是RTX51TINY。 在這里介紹RTX51TINY。 對系統(tǒng)的移植,也不算移植吧, 從硬件的角度來說,就是對CPU的時間調(diào)度做出設(shè)置,用來管理內(nèi)存,時間等。越大的系統(tǒng)管理的越多,管理的也越周到,但操作也越復(fù)雜。
從軟件的角度來說,就是添加把一系列的庫文件添加在程序里,然后,在程序里對庫里的子程序調(diào)用就可了。越大的系統(tǒng)里,提供的庫函數(shù)就越多,庫函數(shù)越多,調(diào)
用越來考慮的就越多。庫函數(shù)越少呢,程序應(yīng)該會清晰一些,當(dāng)然實現(xiàn)的功能及管理就跟不上去了。但對于51來說,RTX51TINY還是可以的。
好,下面就一步一步來使用RTX51TINY來實現(xiàn)51的多任務(wù)的吧。
一,庫文件的添加及KEIL的設(shè)置。 #include <rtx51tny.h> //rtx51tny.h這個文件就是RTX51TINY的庫文件,只有一個文件,因為這個文件是keil里包含有的,不必去哪里找。 #include <reg51.h> 然后就是打開工程的設(shè)置,如圖: 在Target這個選項里,找到如圖中那個,選擇RTX51 Tiny這個選項,這樣,在編譯的時候,就不用提示頭文件不存在了。 這便是第一步在完成的。 二,對rtx51tny.h的解讀。 從軟件的角度,也只是把這個頭文件添加進(jìn)來,然后對庫函數(shù)做出調(diào)用。  這個庫文件的函數(shù)就這幾個,所以,實現(xiàn)多任務(wù)管理,只要恰當(dāng)?shù)氖褂眠@個函數(shù)就可以了。 其中,常用的幾個函數(shù)是 os_create_task(),os_send_signal(),os_wait().。由于os_wait1和os_wait2的這兩個函數(shù)是差不多的, 。 三,以一個簡單的程序分析: #include <rtx51tny.h> #include <reg51.h> void job() _task_ 0
{ os_create_task (1); os_create_task (2); os_create_task (3); while(1) { P1=~P1; os_wait(K_TMO,50,0); } }
void num1() _task_ 1 { while(1) { P0=~P0; os_wait(K_TMO,100,0); } }
void num2 () _task_ 2 { while (1) { P2=~P2; os_wait1(K_SIG); } }
void num4 () _task_ 3 { while (1) { P3=~P3; } } 以上便是一個完整的程序。首先,這個程序有一個特點,就是沒有main函數(shù)了。 下面,就對這個程序作出分析并對rtx51加深學(xué)習(xí)和理解。 void job() _task_ 0 {}, 這個,便是一個任務(wù),所謂任務(wù),就是披著嫁衣的函數(shù)。void,這個,名義上可有可無,但,有為好,一般不需要做什么返回。job()這個,就是函數(shù)名了。這個job可以隨便一個名字,自己可以隨便起。 然后_task_是一個關(guān)鍵字,必須要有,表示你建的這個函數(shù)就是一個任務(wù)。 然后 0呢, 表示這個任務(wù)的優(yōu)先級是0。擁有最高優(yōu)先級。 因為,使用rtx51這個,并沒有main函數(shù),所以,程序是從任務(wù)0開始的,然后,做任務(wù)0開始執(zhí)行的后,程序該干嘛就干嘛了。那現(xiàn)在看一下任務(wù)0干了嘛。 os_create_task (1); ,這個,就是任務(wù)0做的事。就是創(chuàng)建了任務(wù)1。因為 void num1() _task_ 1 {}只是定義了任務(wù)1的函數(shù),或者只是定義了任務(wù)1該干什么的。但,程序沒有調(diào)用到它,它就還不能正常工作。所以os_create_task (1);的工作就是調(diào)用了任務(wù)1,讓任務(wù)1可以正常工作。然后,把任務(wù)1創(chuàng)建后,就和任務(wù)0無關(guān)了。同理,也可以os_delete_task(1);來刪除任務(wù)1,這樣,刪除了任務(wù)1后,任務(wù)1里的內(nèi)容就不再工作了。 rtx51tiny這個可以定義16個任務(wù)。16個任務(wù),對于用51實現(xiàn)的系統(tǒng),基本就可以了。有一些初學(xué)者有點困惑的是,以為程序只是定義16個函數(shù),這里只是說最大支持16個任務(wù),而你要定義各種函數(shù)呢,定義多少個都可以的。 然后,現(xiàn)在就是每個任務(wù)的作用,聯(lián)系及區(qū)別了。 以上程序定義了0,1,2,3共四個任務(wù)。 任務(wù)0所做的是:
while(1) { P1=~P1; os_wait(K_TMO,50,0); } 就是在一定的時間間隔里,對P1的值取反。os_wait(K_TMO,50,0);這個函數(shù)就是等待時間溢出,具體參考o(jì)s_wait()這個函數(shù)。K_TMO表示是對時間溢出的方式做出等待,K_SIG,這個表示對信號作出等待。如果用到了K_SIG,就要用到os_send_signal
這個函數(shù),表示對某個任務(wù)發(fā)送信號。然后,那個函數(shù)接收到了另一個任務(wù)接收到的信號,就跳出等待,作出下一步的指令。這個的50呢,表示的是表示50個時
間間隔。就像剛才在廚房里的時間間隔為10分鐘,那這里就等了50個分鐘。在rtx51默認(rèn)的時間間隔是0.01s,也就是10ms,100Hz.,那
50個時間間隔,就是間隔了0.5s,那任務(wù)0的功能就是每隔0.5來對P1的狀態(tài)取反。
同理,分析任務(wù)1就不難了。 也有一些人疑惑了,每個任務(wù)里都有一個while()循環(huán),程序都進(jìn)入了死循環(huán),怎么再執(zhí)行其它的指令呢。 所
以,在這里需要接受的概念就是,每一個任務(wù)被建立之后,就不再管其它任務(wù)了,就自己在做自己的事了。每個程序就相當(dāng)于一個main函數(shù)一樣了;蛘哌@么
說,一個12Mhz的晶振,你定義了12個任務(wù),然后,這個CPU就被分成12個CPU,每一個CPU的時鐘頻率為1Mhz,然后,每個CPU就在做自己
的事,和其它CPU無關(guān),只是兩個CPU之間是可以通信管理了。這樣的解釋雖然不恰當(dāng),不過,還是很形象地讓不少同學(xué)接受了這個概念。
以上便是一個簡單的多任務(wù)管理了。它有什么優(yōu)點,這個, 就看你程序的用途了。舉個簡單的說法吧,比如你要用51單片機實現(xiàn)鍵盤的掃描,又要實現(xiàn)數(shù)碼管
的動態(tài)掃描顯示,還要實現(xiàn)通信,管理,控制等信息。其中一點,要做到鍵盤的掃描,就必須讓程序至少在每10ms內(nèi)或者更嚴(yán)格的時間里,對鍵盤作出掃描,那
么,這個掃描程序如果用中斷來實現(xiàn)的話,還是可以接受的,但如果不是用中斷,而是在非中斷程序里實現(xiàn)的話,但,你的程序還是要做其它事的,而且程序在做其
它的事的情況下,還要照顧的鍵盤的掃描。還有數(shù)碼管的動態(tài)掃描,如果用定時中斷來說才能保證程序不因其它指令的執(zhí)行而影響了數(shù)碼管顯示的延遲或不穩(wěn)定。但
要保證這些都要照顧到,程序?qū)懫饋砭彤吘孤闊┝。但如果采用了這種多任務(wù)的方式的話,就免去了這個麻煩了。比如,鍵盤掃描就定義成一個任務(wù),這樣,這個任
務(wù)的工作就是鍵盤的掃描,其它事也不做,這樣,就不受其它程序段的影響,而且這個任務(wù)也可以方便的移植到相同的系統(tǒng)中去。數(shù)碼管的顯示也定義一個任務(wù)來實
現(xiàn)。 比如你還想添加一個超聲波的顯示上去,那么,你只要再定義多一個任務(wù)用來作超聲波測距的就可以了。對原有程序幾乎不需要作修改,而且對原來的程序結(jié)構(gòu)也不改變。
以上的程序只是一個簡單的例子,而且很多人搜索的時候,也一般很容易搜索到這個類似的簡單的例子。 下面獻(xiàn)上自己編寫的,根據(jù)超聲波測距控制小車的前進(jìn)后退的程序: #include <rtx51tny.h> #include <reg51.h>
sbit left0=P1^0; sbit left1=P1^1; sbit right0=P1^2; sbit right1=P1^3; sbit echo=P3^3; sbit trig=P3^5; typedef unsigned char uchar; typedef unsigned int uint; long numecho=0; uint num; job0 () _task_ 0
{ os_create_task (1); os_create_task (2); os_create_task (3); os_create_task (4); os_create_task (5); TMOD=0x91; while(1) { } }
void back () _task_ 2 { while(1) { os_wait1(K_SIG); left0=1; left1=0; right0=0; right1=1; } } void go () _task_ 1 { while (1)
{ os_wait1(K_SIG);
left0=0; left1=1; right0=1; right1=0; }
}
void Echo_test () _task_ 3 { while (1)
{ trig=0; trig=1; TL1=0; TH1=0; os_wait(K_TMO,1,0); trig=0; TR1=1; os_wait(K_TMO,2,0); numecho=TH1*256+TL1; num=numecho*346/1000/2; }
} void panduan(void) _task_ 4 { while(1) { if(num>500) { os_send_signal(1); } if(num<500) { os_send_signal(2); } if(num<200) { os_send_signal(5); } } }
void stop() _task_ 5 { while (1) { os_wait1(K_SIG); left0=1; left1=1; right0=1; right1=1; } }
在這個程序里,任務(wù)3就是作的是超聲波的測距,這個任務(wù)是不停在做,也就是超聲波在不斷的測距,把測到的距離存到num這個全局變量里,然后任務(wù)4就是根據(jù)距離作出判斷,根據(jù)不作的距離,讓小車前進(jìn),后退或停止。
最后,對這個系統(tǒng)再作一些解釋。這個系統(tǒng)呢,肯定是用到了51單片機的資源的。首先,它需要做cpu作時間分割,那么就要用到定時器。這里就用了定時器0
來作定時用的。采用了工作方式1,并采用中斷方式。所以,在使用的時候,一定要注意,不能改變了TMOD里對定時器0的設(shè)置,也就是低四位的數(shù)值。也就是
說TMOD的值為0x01的,如果需要定時器1的時候,需要注意的。還有中斷,已經(jīng)開戶了全局中斷和定時器0的中斷,所以,要用到中斷的時候,一定要注
意,不要在設(shè)置中斷的時候,把IE的值對應(yīng)的中斷值改變了,這是注意一點的。
而
且,學(xué)會了51的簡單的多任務(wù)實時系統(tǒng)的開發(fā),那么,再去學(xué)STM32的嵌入式操作系統(tǒng)就不難了。只不過,嵌入式操作系統(tǒng)要操作和管理調(diào)用的庫函數(shù)比較
多,需要修改的參數(shù)也比較多,而且,也要對內(nèi)存管理,時鐘,系統(tǒng)等作進(jìn)一步了解。這樣,從51向嵌入式的轉(zhuǎn)型就更容易了。 寥寥數(shù)語,不能把RTX51解釋清楚,更多的功能,還得靠讀者自己去發(fā)揮,出現(xiàn)的問題 也待大家去發(fā)現(xiàn)并解決了。
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