51单片机实时操作系统的构建.pdf
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第 ２５卷 第 ５期
２００３年 １Ｄ月
三 峡 大 学 学 报 （自然 科 学 版 ）
Ｊ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｕｎｉｖ．（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）
Ｖｏ１．２５ Ｎｏ．５
Ｏｃｔ．２００３
５１单片 机 实 时操作 系统 的构 建
刘从新 曾维鲁
（三峡 大学 电气信 息 学院 ，湖北 宜昌 ４４３００２）
摘要：设计了一个在 ５１单片机 上运行的基于优先 级的抢 占式实 时多任务内核一５１０Ｓ，给 出了其设计
思路 ，并 对一 些设计 难 点进 行 了讨论 ．
关键 词 ：抢 占式 ； 实 时 多任 务 内核 ； 单 片机
中图分类号 ：ＴＰ３６８．１ ＴＰ３１６．２ 文献标识 码 ：Ａ 文章 编号 ：１００７—７０８１（２００３）０５—０４４４—０４
Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅａｌ—Ｔｉｍｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ５１ Ｍ ＣＵ
Ｌｉｕ Ｃｏｎｇｘｉｎ Ｚｅｎｇ Ｗ ｅｉｌｕ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｃｈｉｎａ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｕｎｉｖ．，Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｐｒｅｅｍ ｐｔｉｖｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍ ｅ ｍ ｕｌｔｉｔａｓｋ ｋｅｒｎｅｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｐｒｉｏｒｉｔｙ ｒｕｎｎｉｎｇｏｎ ５ １ Ｍ ＣＵ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ａｎｄ ｓｏｍｅ
ｋｅｙ ｐｒｏｂｌｅｍ ｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ａｌｓｏ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｈｅｒｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ ｐｒｅｅｍｐｔｉｖｅ； ｒｅａｌ—ｔｉｍ ｅ ｍ ｕｌｔｉｔａｓｋ ｋｅｒｎｅｌ； Ｍ ＣＵ
随着嵌 入 式 系统应 用 的 日益 广 泛 ，ＲＴＯＳ（Ｒｅａｌ—
ｔｉｍｅ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）越来 越 受到嵌入式 系统 开发
人员 的 青 睐 ，特 别 是 进 入 ２Ｏ世 纪 ９Ｏ年代 后 ，ＲＴＯＳ
更是逐 步确立 了在嵌 入式系 统设计 中的 主导地位 ，这
体 现 了单 片机 应 用 从 低 水 平 向 高 水 平 的一 个 很 大 进
步 ．使 用 ＲＴＯＳ所 带来 的最 大好 处 是 可 提高 嵌 入 式
系统 的 可靠 性 和 确 定 性 ，提 高 软 件 的 开 发效 率 ，缩 短
软件 开 发 周期 ．由 于商 业 化 ＲＴＯＳ软 件 较 高的 价 格
和使 用 成本 （版 权 费 、维 护 费 等 ）的 限 制 ，ＲＴＯＳ在 国
内的 应用 并 不普 遍 ．本 文 设计 了一 个 在 ５１单 片机 上
运 行 的抢 占式 实 时 多 任 务 内 核 一 ５１０Ｓ，给 出 了其 设
计 思 路 ，并对 一些 设 计 难 点进 行 了讨 论 ．
１ 多任务 抢 占式优 先级 调 度 的 实 时 内
核 的设 计
１．１ 任 务调 度机 制
抢先式 优先级 调 度实 时内 核 为每个任 务 分 配一
个 唯 一 的优先 级 别 ，当 前 任 务 退 出 之 后 ，内核 从 等 待
队列 挑 选 出任 务 优 先级 别 最 高 的 任 务 投 入运 行 ．我
收稿 日期 ｌ２００３－０６－０４
作者简介 ；刘从新（１９７５一），男 ，硕士研究生
们称这样 的调度策 略 为基于优先 级 的 调度策略 ．基
于 优先 级 的 调度 策 略在 非抢 占模式 下 ，其 响应 的及 时
性 和确 定性 方 面 都不 好 ．比如 ，当一 个任 务 在运 行 的
时候 ，一个 更 高优先级 任 务就绪 了 ，但 是 内核 并 不 立
即将 其 投 入 运 行 ，而 是 等 到这 个 任 务 放 弃 了 ＣＰＵ 的
使用 权 ；任 务 的 响应 时 间得 不 到保 证 ．５１单 片机 大 多
应 用 在 控 制 系统 当 中 ，所 以 ５１０Ｓ采 用 了抢 先 式 的 基
于优 先 级 的调 度 策 略 ，优先 级高 的 任 务 一 旦 就 绪 ，立
即投 入 运行 ，其 工 作 的 核 心 原 理 是 ：近 似 地 让 最 高 优
先 级 的 就绪 任 务立 即处 于运 行状 态 ．
在 ５１０Ｓ中一 个任 务 要 么 是 一 个 无 限循 环 ，要 么
在任 务 完成 后 删 除 自己 ，并且 进 入休 眠状 态 ．
调 度工 作 的 内容 可 以分 为两 个 部 分 ：最 高 优 先 级
任 务 的 寻找 和 任务 切换 ．
（１）最 高优 先级 任 务 的 寻找
①就 绪 表 的形 成
不 同 的 内核有 不 同 的处 理方 式 ，比如 可 以将 任 务
进 行 优先 级 别 的排 序 ，然后 从 头 到尾 进 行 检 索 ．这 种
方 法 简单 ，设 计 方便 ，但 是 确 定 性 差 ．５１０Ｓ采用 了查
表 的 方法 ：
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