对学校 51 单片机的 RTOS适配尝试.zip

# RTX51 TinyOS 对 hnu stc-b 单片机开发板的适配测试 ## 工程说明 本文档描述 `RTX51 Tiny` 在 STC-B 单片机上的应用。由于 `RTX51 Tiny` 实质上完成多对任务的调度系统，众多外设驱动没办法像 stm32 那用有专门的工具做外设接口封装，实际上的测试还是得回到驱动编写上。 而我目前主要在三个方面做了测试，一是最基本的 task 调度测试，由于没有显示来验证结果，这个测试也与 GPIO驱动、定时等功能测试一并进行，三是中断测试（这里选取了最简单的按键中断）。 功能上，目前尝试是对该 Tiny OS 的进一步适配封装，在任务中外加了一层事件检测，使任务能够脱离单片机 BSP 的状态机式编程，从而回到 OS 的初心——进程式编程。 ## 编写过程 此处从数码管驱动入手。基于 BSP 的编写，一般会将数码管的位选信号交给时钟中断函数处理，在时钟“嘀嗒”的时候进行一次位切换。以 1ms 的任务切换时间来讲完全是能满足人眼的视觉暂留的。而现在位选将以任务的形式加入程序中，任务在一次时间中断间隔的时间片内，显示驱动将一直占据该时间片。过快的时间切换将使段选信号来不及更新，故而需要使其像传统时间中断一样，需要加入 `os_wait(K_IVL, 1, 0)` 或者 `os_switch_task()` 使其主动放弃时间片： ```c void display_task(void) _task_ DISPLAY { u8 display_pos = 0; while (1) { P23 = ~P23; if (P23 == 0) { P0 = seg_display_buf[display_pos]; P20 = display_pos & 0x1; P21 = (display_pos & 0x2) >> 1; P22 = (display_pos & 0x4) >> 2; } else { P0 = led_display_buf; if (++display_pos > 7) display_pos = 0; } // 此处使其主动放弃时间片 os_switch_task(); } } ``` 由于本测试试图按功能划分为多个文件，结果基于该`Tiny OS`设定，可发现无法跨文件调用 task 。c51 的编译貌似没办法在跨文件时识别 `_task_` 标识，所以将在代码中看见一些类似于 `void xxx(void) _task_ { xxx_task(); }` 的代码。 而后编写事件等待的封装时，将等待唤醒的调度代码也封装为了一个单独的任务。但是这个任务却使显示的刷新率下降，肉眼可见其位选轮换。经过测试，问题在于该任务单独占用了一整个时间片而使显示无法正常 1ms 内能至少执行一次。强烈建议请在循环内使用 `os_switch_task` 函数主动放弃所占用的时间片，例如： ```c void xxx_task(void) _task_ PID { // ... while (1) { // ... os_switch_task(); } } ``` ## 架构细节 使用一个事件系统来满足任务对具体事件的等待，如在某一个任务中使用如下代码： ```c os_event_wait(EVENT_TIME1S | EVENT_KEY1_RELEASE | EVENT_KEY2_PRESS); ``` 任务将在 1s 或 key1 抬起 或 key2 按下 三种情况之一被重新唤醒，实质上是对 os_wait 的进一步封装。 而在专门处理事件系统的任务 `events_awake_scheduler_task` 运行时，将对事件表进行轮询。若某事件发送且其被某任务等待则唤醒对应任务： ```c void events_awake_scheduler_task(void) { u8 pid; u8 events_index = 0; while (1) { if (event_wait_list[events_index] && ((events >> events_index) & 1)) { for (pid = 0; pid < 16; ++pid) { if ((event_wait_list[events_index] >> pid & 1)) { event_wait_list[events_index] &= ~(1 << pid); events &= ~(1 << events_index); os_send_signal(pid); break; } } } if (++ events_index > 15) events_index = 0; os_switch_task(); } } ``` 不过这里的设计并未很好的处理饿死等情况，暂时实现的比较草率。原始 RTX51 TinyOS 提供的进程系统调用也能使用。 ## 接口汇总 所有的接口都在 `sys_support.h` 中被定义，在编写任务时只需引入`<rtx51tny.h>` 和 `<sys_support.h>` 除了原生提供的系统调用外，这里还新增了事件等待函数： ```c void os_event_wait(u16 events); ``` `os_event_wait` 函数是对 os_wait 的进一步封装，用于等待指定事件 events 表示事件类型，允许使用 `|` 来同时等待多个事件，事件表如下 - `EVENT_TIME1S`，等待 1s 后唤醒，小于 256ms 请用 os_wait - `EVENT_KEY1_PRESS`，等待 key1 按下后唤醒 - `EVENT_KEY1_RELEASE`，等待 key1 松开后唤醒 - `EVENT_KEY2_PRESS`，等待 key2 按下后唤醒 - `EVENT_KEY2_RELEASE`，等待 key2 松开后唤醒 驱动注册函数： ```c void seg_led_init(void); void button_init(void); ``` 驱动调用函数： ```c void single_seg_print(u8 num, u8 displaychar); ``` 用于向指定的数码管打印具体编码的字符，num 表示修改的目标数码管编号，从左到右依次为 0-7；displaychar 表示为修改后要显示的字符 ```c void all_seg_print(u8 *displaychars); ``` 用于修改所有数码管显示，displaychars 表示为修改后要显示的字符数组，长度指定为8 ```c void led_print(u8 displaychar); ``` 用于修改 led 灯组显示，displaychar 为二进制表示的 led 显示 ## program tips 经过封装后，TinyOS 的 task pid 中的 0-2 线程已被系统占据，`taskinit.c` 中的 `void scheduler_test(void) _task_ 3` 仅仅是一个简单的使用示例。您可以删除它，并重新编写你的进程任务，**进程的 pid 标识从 3 开始，最多为 15**。 编程规范上，您可以在 `define.h` 中定义您的 task pid 标识。所有 task 函数由于编译器的限制，只能在 `taskinit.c` 中被定义，并需要在 `INIT` 进程中被创建。 如若您要添加新的外设接口，请依据事件系统的定义，在 `define.h` 中定义事件标识号，并在函数中使用例如 `events |= EVENT_TIME1S` 的方式标记事件发生（参照 `sys_support.c` 中 `void time1ms_task(void)` 函数），这样您可以在封装后的 TinyOS 中使用内置的时间系统来等待您需要的事件。 > 在前文已经说明过的 tips： > > 1. `_task_` 标记无法跨文件调用 > 2. 在不是十分要求一次性处理的死循环任务时，建议在循环内至少主动使用 `os_wait(K_IVL, 1, 0)` 或者 `os_switch_task()` 放弃时间片一次