一個(gè)簡(jiǎn)單的51單片機(jī)操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

    復(fù)習(xí)到操作系統(tǒng)這本書，在看到進(jìn)程管理的時(shí)候，想起以前費(fèi)了相當(dāng)大的時(shí)間去做一個(gè)屬于自己的操作系統(tǒng)，結(jié)果什么都沒(méi)弄出來(lái)。

趁著看到這個(gè)章節(jié)，又一次地萌生了這個(gè)想法，于是網(wǎng)上各種尋找資料。發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在的大多數(shù)操作系統(tǒng)都已經(jīng)比較完善，換而言之，就是太龐大。無(wú)法去理解，無(wú)法自己照搬原文去弄一個(gè)屬于自己的操作系統(tǒng)出來(lái)。

       機(jī)緣偶得之下，發(fā)現(xiàn)了一篇關(guān)于在單片機(jī)下面實(shí)現(xiàn)一個(gè)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的文章， 即《建立一個(gè)屬于自己的AVR的RTOS》，這篇文章比起講什么操作系統(tǒng)原理、unix內(nèi)核分析、linux內(nèi)核分析、xx內(nèi)核分析等等來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)單明了了很多(有興趣的同學(xué)們可以去研究一下這篇文章)。在參考這篇文章以及在51單片機(jī)下面使用匯編語(yǔ)言編程，以及眾多網(wǎng)上資料之后。總結(jié)地寫出了一個(gè)"在51單片機(jī)下具有延時(shí)功能占先式內(nèi)核的操作系統(tǒng)“，并仿真成功，加深了我對(duì)操作系統(tǒng)這個(gè)東西的小小理解。下面附上程序代碼以及實(shí)現(xiàn)。
如果網(wǎng)頁(yè)復(fù)制代碼有錯(cuò)誤，操作系統(tǒng)的完整代碼請(qǐng)從這里下載：http://www.torrancerestoration.com/f/12545.rar

以下是部分代碼：

#include <regx52.h>

#define MAX_TASKS 5

typedef struct os_task_control_table {
unsigned char os_task_wait_tick;
unsigned char os_task_stack_top;
}TCB;

volatile unsigned char int_count;
volatile unsigned char os_en_cr_count;
#define enter_int() EA=0;int_count++;
#define os_enter_critical() EA=0;os_en_cr_count++;
#define os_exit_critical() if(os_en_cr_count>=1){os_en_cr_count--;if(os_en_cr_count==0)EA=1;}
unsigned char code os_map_tbl[] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80};

volatile unsigned char os_task_int_tbl;
idata volatile TCB os_tcb[MAX_TASKS];
volatile unsigned char os_task_running_id;
volatile unsigned char os_task_rdy_tbl;
unsigned char idata os_task_stack[MAX_TASKS][20];

void os_init(void);
void os_task_create(unsigned char task_id ,unsigned int task_point,unsigned char stack_point);
void os_delay(unsigned char ticks);
void os_start(void);
void os_task_switch(void);
void exit_int(void);

void os_init(void) {
EA = 0;
ET2 = 1;
T2CON = 0X00;
T2MOD = 0X00;
RCAP2H = 0x0D8;
RCAP2L = 0x0F0;
os_task_rdy_tbl = 0;
os_task_int_tbl = 0xff;
int_count = 0;
os_en_cr_count = 0;
}

void os_task_create(unsigned char task_id ,unsigned int task_point,unsigned char stack_point) {
os_enter_critical();
((unsigned char idata *)stack_point)[0] = task_point;
((unsigned char idata *)stack_point)[1] = task_point>>8;
os_tcb[task_id].os_task_stack_top = stack_point+14;
os_task_rdy_tbl |= os_map_tbl[task_id];
os_tcb[task_id].os_task_wait_tick = 0;
os_exit_critical();
}

void os_delay(unsigned char ticks) {
os_enter_critical();
os_tcb[os_task_running_id].os_task_wait_tick = ticks;
os_task_rdy_tbl &= ~os_map_tbl[os_task_running_id];
os_exit_critical();
os_task_switch();
}

void os_start(void) {
os_task_running_id = 0;
os_tcb[os_task_running_id].os_task_stack_top -= 13;
EA = 1;
SP = os_tcb[os_task_running_id].os_task_stack_top;
TR2 = 1;
}

void os_task_switch(void) {
unsigned char i;
EA = 0;
os_tcb[os_task_running_id].os_task_stack_top = SP;
os_task_int_tbl &= ~os_map_tbl[os_task_running_id];
for(i=0; i<MAX_TASKS; i++) {
if(os_task_rdy_tbl&os_map_tbl[i]) {
break;
}
}
os_task_running_id = i;
SP = os_tcb[os_task_running_id].os_task_stack_top;
if(os_task_int_tbl&os_map_tbl[os_task_running_id]) {
__asm POP 7
__asm POP 6 //恢復(fù)任務(wù)寄存器
__asm POP 5
__asm POP 4
__asm POP 3
__asm POP 2
__asm POP 1
__asm POP 0
__asm POP PSW
__asm POP DPL
__asm POP DPH
__asm POP B
__asm POP ACC
}
EA = 1;
__asm RETI
}

void exit_int(void) {
unsigned char i;
SP -= 2;
if(--int_count == 0) {
os_tcb[os_task_running_id].os_task_stack_top = SP;
os_task_int_tbl |= os_map_tbl[os_task_running_id];
for(i=0; i<MAX_TASKS; i++) {
if(os_task_rdy_tbl&os_map_tbl[i]) {
break;
}
}
os_task_running_id = i;
SP = os_tcb[os_task_running_id].os_task_stack_top;
if(os_task_int_tbl&os_map_tbl[os_task_running_id]) {
__asm POP 7
__asm POP 6 //恢復(fù)任務(wù)寄存器
__asm POP 5
__asm POP 4
__asm POP 3
__asm POP 2
__asm POP 1
__asm POP 0
__asm POP PSW
__asm POP DPL
__asm POP DPH
__asm POP B
__asm POP ACC
}
EA = 1;
__asm RETI
}
__asm POP 7
__asm POP 6 //恢復(fù)任務(wù)寄存器
__asm POP 5
__asm POP 4
__asm POP 3
__asm POP 2
__asm POP 1
__asm POP 0
__asm POP PSW
__asm POP DPL
__asm POP DPH
__asm POP B
__asm POP ACC
EA=1;
__asm RETI
}

void timer2_isr(void) interrupt 5 {
unsigned char i;
TF2=0;
enter_int();
for(i=0; i<MAX_TASKS; i++) {
if(os_tcb[i].os_task_wait_tick) {
os_tcb[i].os_task_wait_tick--;
if(os_tcb[i].os_task_wait_tick == 0) {
os_task_rdy_tbl |= os_map_tbl[i];
}
}
}
exit_int();
}

void task_0(void) {
while(1) {

}
}

sbit seg2 = P2^5;
sbit seg3 = P2^6;
sbit seg4 = P2^7;

void delay_ms(unsigned int xms){
unsigned int x,y;
for(x=xms; x>0; x--)
for(y=248; y>0; y--);
}
unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x40,0};
void task_1(void) {
unsigned char gw,sw,bw;
while(1) {
bw = os_tcb[2].os_task_wait_tick/100;
sw = os_tcb[2].os_task_wait_tick%100/10;
gw = os_tcb[2].os_task_wait_tick%10;
P0 = table[bw];
seg2=0;
delay_ms(3);
seg2=1;
P0 = table[sw];
seg3=0;
delay_ms(3);
seg3=1;
P0 = table[gw];
seg4=0;
delay_ms(3);
seg4=1;
}
}

void task_2(void) {
unsigned char i;
while(1) {
i++;
P3 = 0x01<<(i%8);
os_delay(200);
}
}

void task_3(void) {
unsigned char i;
while(1) {
i++;
//P2 = 0x01<<(i%8);
os_delay(7);
}
}

void task_4(void) {
unsigned char i;
while(1) {
i++;
P1 = 0x01<<(i%8);
  os_delay(10);
}
}

void main(void) {
os_init();
os_task_create(4,(unsigned int)&task_0,(unsigned char)os_task_stack[4]);
os_task_create(3,(unsigned int)&task_1,(unsigned char)os_task_stack[3]);
os_task_create(2,(unsigned int)&task_2,(unsigned char)os_task_stack[2]);
os_task_create(1,(unsigned int)&task_3,(unsigned char)os_task_stack[1]);
os_task_create(0,(unsigned int)&task_4,(unsigned char)os_task_stack[0]);
os_start();
}

實(shí)現(xiàn)的圖片：

講解一下實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容：

task_0是個(gè)空循環(huán)

task_1的作用是提取task_2的等待時(shí)間，顯示在數(shù)碼管上

task_2是在P3口上的跑馬燈（2秒跑一個(gè)燈)

task_3是單純地調(diào)用任務(wù)延時(shí)

task_4在P1口上的跑馬燈（100ms跑一個(gè)燈)

程序使用定時(shí)器2計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的中斷作為時(shí)鐘源，時(shí)鐘的節(jié)拍是10ms一次。

當(dāng)然這個(gè)渺小的操作系統(tǒng)只實(shí)現(xiàn)了一些相當(dāng)基本的功能：多任務(wù)和系統(tǒng)延時(shí)以及搶占優(yōu)先級(jí)。還有信號(hào)量、內(nèi)存管理、事件、郵箱等等機(jī)制尚未實(shí)現(xiàn)，但是懂了這個(gè)基礎(chǔ)內(nèi)容之后，其它的東西，都是在上面做擴(kuò)充的。

記得在一篇資料里面聽(tīng)到過(guò)這個(gè)：會(huì)寫狀態(tài)機(jī)的程序員，肯定會(huì)寫操作系統(tǒng)。這句話到現(xiàn)在覺(jué)得相當(dāng)正確。操作系統(tǒng)就是一個(gè)另類的狀態(tài)機(jī)，人為地干預(yù)了子程序調(diào)用和返回的過(guò)程。慶幸當(dāng)年的匯編沒(méi)白學(xué)，操作系統(tǒng)需要懂得一些基本的硬件結(jié)構(gòu)，匯編，C語(yǔ)言，當(dāng)懂得這些之后，再去網(wǎng)上多搜索點(diǎn)相關(guān)的資料，并且自己去用代碼一行行實(shí)現(xiàn)，加以時(shí)日，操作系統(tǒng)便能輕松地玩轉(zhuǎn)與手.

在此，感謝黃健昌在網(wǎng)上的發(fā)表的《 建立一個(gè)屬于自己的AVR的RTOS》，這篇文章讓我對(duì)RTOS有了一個(gè)淺顯的了解

風(fēng)城少主發(fā)表的《建立一個(gè)屬于自己的51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)》，指導(dǎo)我在熟悉的51單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)這個(gè)操作系統(tǒng)。

芯源老師的《芯源的單片機(jī)教程》為我提供了51單片機(jī)匯編及其硬件架構(gòu)的深入了解。

感謝http://www.torrancerestoration.com/mcu/1111.html 這個(gè)作者的激勵(lì)與鼓勵(lì)

真誠(chéng)地感謝上面提及的人，讓我能夠入門操作系統(tǒng)，進(jìn)而了解到什么是嵌入式操作系統(tǒng)，怎么去具體實(shí)現(xiàn)。