基於51單片機簡易操做系統設計

 

 前言

看了好久的操做系統原理，ucos源碼也看了大半，可是感受老是懵懵懂懂，用句流行的網絡用語就是始終上不了車，後來在網上被人推薦了一篇文章《創建一個屬於本身的操做系統》，這篇文章真的很是好，也附有源碼，但不知道是否是我找的文章有差錯仍是啥，我根據文章提供的源碼貼代碼，根本沒法編譯，而後開始讀代碼修改代碼最後成功編譯可是在硬件平臺運行根本不行。後來又斷斷續續看ucos源碼，反正各類什麼數據結構啊的通訊什麼的讓人頭痛，後來大學的單片機原理完課，學校安排課設，我選了時鐘定時器（有點像鬧鐘），這種開環的裸機開發沒什麼難度，閒着也是閒着因而重新撿起幾個月前沒有完成的os，此次從新開坑，代碼徹底本身敲，從基本功能開始一步步實現os，像《創建一個屬於本身的操做系統》介紹的同樣。忙活了兩天也終於成功了，而且成功地將時鐘定時器移植到本身的os上跑了，說實話在os跑比裸機的先後臺的效果好不少（os上跑按按鍵與現實感受是同步進行的，先後臺的效果在按按鍵的時候數碼顯示是會黑屏的），可是51的硬件資源太少，只有128個字節的ram，因此這次設計沒有統一的任務通訊接口，只能實現基本的優先級，延時服務或者輪詢服務。在本身成功地創建一個屬於本身os後在看ucos的源碼更加順暢，之前一直搞不懂的任務通訊也能明白一二（不過也得謝謝任哲寫的那本《嵌入式操做系統基礎ucOS-Ⅱ和Linux（第2版）》），廢話很少說，正文以下：

ps：第一次寫這種博客，寫的很差望諒解，因爲《創建一個屬於本身的操做系統》自己就寫的很詳細，因此我只寫出os創建的核心部分。

 

正文

  

       1，任務人口地址：在os中，是在不直接用程序名（參數）這種方式調用任務。那怎樣呢？這部分《創建一個屬於本身的操做系統》講的很是詳細，你們自行搜閱。

 

       2，任務調度：學過單片機原理的都知道，cpu中有sp與pc兩個特殊的寄存器，sp是堆棧指針，在51中它能夠指向數據區的任意單元，PC是程序計數器，它始終保存下一條程序指令的地址。51C語言是能夠直接操控sp的，可是pc不行，因此要想辦法間接操控pc，對的，就是經過壓棧和彈棧實現，在程序執行發生斷點時（調動子程序或中斷），cpu會自動將pc的值進行壓棧，返回斷點時會自動將棧頂的值彈回pc，這就是關鍵，若是在彈回前，咱們修改sp，不就能夠間接操控pc了嗎！這樣就能夠將cpu執行其餘任務了；

 

       3，人工堆棧：操做系統原理中有一點很是重要，就是上下文切換，因此每一個任務必須有屬於本身的堆棧，稱爲人工堆棧。人工堆棧的創建很是講究，不能短也不能太長，短了會是溢出會可能修改其餘任務的人工堆棧，產生調度紊亂。太長會浪費空間，尤爲是像51這種硬件資源本就少的單片機。堆棧的空間的預留是經過數組來劃分的。在創建任務時，要對堆棧初始化（這也很關鍵），將任務入口地址壓到最底部（不一樣的單片機狀況不一樣，這裏以51爲例，後面的也是），而後sp指向正確的堆棧位置（不一樣的單片機狀況不一樣，要保存的寄存器個數不一樣），我的在設計中發現，爲了避免讓sp越界，最好將堆棧最底部單元預留出來，避免浪費能夠用來保存任務信息，好比堆棧使用狀況。

    

void Task_Creak(void (*pfun)(void),INT8U *pStack,INT8U Task_ID)
{
    
    INT8U *pSt;
     OS_ENTER_CRITICAL();
     pSt=pStack; 
    *(++pSt)=(INT16U)pfun;
    *(++pSt)=(INT16U)pfun>>8;
    os_tcb[Task_ID].OSTCBSP=(INT8U)pSt+13;
    OS_Task_List|=OSMapTbl[Task_ID];
     os_tcb[Task_ID].OSTCBDly=0;
     OS_EXIT_CRITICAL();
}

 

      4，任務控制塊：和人工堆棧同樣每一個任務也有屬於本身的任務控制塊，根據系統需求成員定義不一樣，對於自由延時服務的os，只須要一個保存任務SP的成員變量和保存延時時間的成員變量。

typedef struct{
      INT8U OSTCBSP;
      INT8U  OSTCBDly;    
}OS_TCB;

 

      5，系統時間：也叫時鐘節拍，是系統的心臟，有硬件產生，51能夠用定時器產生毫秒級中斷。

void StartTicker(void)
{
TMOD=0x01;
TH0=0x0d8;
TL0=0x0f0;
ET0=1;
TR0=1;

}

 

 

      6，系統延時函數接口:用於任務延時，在延時的時候讓cpu去執行其餘任務，提升cpu的效率（經過實踐，我我的以爲這也是軟實時實現的原因），在這個函數中要完成sp保存，將任務踢出就緒表，而後調度。

void OSTimeDly(INT8U ticks)
    {
        OS_ENTER_CRITICAL();
        os_tcb[CurID].OSTCBDly=ticks;
        OS_Task_List&=~OSMapTbl[CurID];
        OS_EXIT_CRITICAL();
        OS_TASK_SW();
 }

 

      7，調度函數：有兩種，一種是普通的調度，用於延時調度，因此要插入彙編語言先後分別將現場保護和現場恢復，還有就是完成獲取最高任務和sp獲取。一種是中斷級別的調度，

         用於中斷服務程序，因爲C語言編譯成彙編時編譯器會自動現場保護，因此只要在調度函數中只要現場恢復，還有就是在完成獲取最高任務和sp獲取前，要完成sp保存，將任務踢出就緒表。

void OS_TASK_SW(void)
{ 
  INT8U i;
  EA=0;

  #pragma asm
  PUSH     ACC
    PUSH     B
    PUSH     DPH
    PUSH     DPL
    PUSH     PSW
    MOV      PSW,#00H
    PUSH     AR0
    PUSH     AR1
    PUSH     AR2
    PUSH     AR3
    PUSH     AR4
    PUSH     AR5
    PUSH     AR6
    PUSH     AR7
    #pragma endasm
 os_tcb[CurID].OSTCBSP=SP;
  
  for(i=0;i<MAX_TASK;i++)
  {
  if(OS_Task_List&OSMapTbl[i])
    {
        break;
     }
  }
  CurID=i;
  SP=os_tcb[CurID].OSTCBSP;
 
  

    #pragma asm
    POP      AR7
    POP      AR6
    POP      AR5
    POP      AR4
    POP      AR3
    POP      AR2
    POP      AR1
    POP      AR0
    POP      PSW
    POP      DPL
    POP      DPH
    POP      B
  POP      ACC    
    #pragma endasm

   EA=1;
    #pragma asm
         RETI;
    #pragma endasm

}

 

   

void TickInterrupt(void)
 {
     
    INT8U i;
//    SP-=2;
    
    for(i=0;i<MAX_TASK;i++)
    {

         
    if(os_tcb[i].OSTCBDly>0)
    {
     os_tcb[i].OSTCBDly--;
    if(os_tcb[i].OSTCBDly==0)
     OS_Task_List|=OSMapTbl[i];  
     }

     }

     SP-=2;       
     os_tcb[CurID].OSTCBSP=SP;
  //OS_Task_List&=~OSMap[CurID];  
  for(i=0;i<MAX_TASK;i++)
  {
  if(OS_Task_List&OSMapTbl[i])
    {
        break;
     }
  }
  CurID=i;
  SP=os_tcb[CurID].OSTCBSP;               
                            
  #pragma asm    
    POP      AR7
    POP      AR6
    POP      AR5
    POP      AR4
    POP      AR3
    POP      AR2
    POP      AR1
    POP      AR0
    POP      PSW
    POP      DPL
    POP      DPH
    POP      B
    POP      ACC    
    #pragma endasm
         EA=1;
    #pragma asm                
    RETI
    #pragma endasm      
 }

 

      8，sp控制：在調度的過程當中，必須保證將任務斷點的入口地址保存在堆棧最底部（預留單元上面），再次在任務調度過程當中不免會調用其餘函數再次壓棧，並且可能不在會這個斷點，

         因此在被調用的這個程序中將sp下調兩位。因此在os設計中sp的控制必須十分當心，不能任務調度必定會紊亂。

 

     9.任務函數：os中必須存在一個不能主動申請調度的任務，稱爲系統任務，爲了cpu在沒有任何任務的時候有事可作，我的在實踐中發現沒有這種任務os會出錯。

        還有就是要把握任務集的可調度性（其中受任務優先級設計影響）。

   

 

    10：就緒表：就緒表的設計要是相當重要，《操做系統原理》自閱。

 

                                                                   最後：本人菜鳥一枚，有錯見諒，謝謝觀閱！

 

ps：之後有機會會貼上工程代碼及效果圖。