关于RTX51 TINY的分析与探讨

1 概述

RTX51 TINY是一种应用于MCS5l系列单片机的小型多任务实时操作系统。它完全集成在Keil C5l编译器中，具有运行速度快、对硬件要求不高、使用方便灵活等优点，因此越来越广泛地应用到单片机的软件开发中。它可以在单个CPU上管理几个作业（任务），同时可以在没有扩展外部存储器的单片机系统上运行。

RTX51 TINY允许同时“准并行”地执行多个任务：各个任务并非持续运行，而是在预先设定的时间片(time slice)内执行。CPU执行时间被划分为若干时间片，RTX51 TINY为每个任务分配一个时间片，在一个时间片内允许执行某个任务，然后RTX51 TINY切换到另一个就绪的任务并允许它在其规定的时间片内执行。由于各个时间片非常短，通常只有几ms，因此各个任务看起来似乎就是被同时执行了。

RTX51 TINY利用单片机内部定时器0的中断功能实现定时，用周期性定时中断驱动RTX51 TINY的时钟。它最多可以定义16个任务，所有的任务可以同时被激活，允许循环任务切换，仅支持非抢占式的任务切换，操作系统为每一个任务分配一个独立的堆栈区，在任务切换的同时改变堆栈的指针，并保存和恢复寄存器的值。RTX51 TINY没有专门的时间服务函数和任务挂起函数，而是通过os_wait()中的参数设定实现的。使用RTX51 TINY时用户程序中不需要包含main()函数，它会自动地从任务0开始运行。如果用户程序中包含有main()函数，则需要利用 os_create_task函数来启动RTX51实时操作系统。

2 任务切换

2.1 RTX51 TINY任务状态

RTX51 TINY的用户任务具有以下几个状态：

① 运行(RUNNING)——任务正处于运行中。同一时刻只有一个任务可以处于“RUNNING”状态。

② 就绪(READY)——等待运行的任务处于“READY”状态。在当前运行的任务退出运行状态后，就绪队列中的任务根据调度策略被调度执行，进入到运行状态。

③ 阻塞(BLOCKED)——等待一个事件的任务处于“BLOCKED”状态。如果等待的事件发生，则此任务进入“READY”状态，等待被调度。

④ 休眠(SLEEPING)——被声明过但没有开始运行的任务处于休眠状态。运行过但已经被删除的任务也处在休眠状态中。

⑤ 超时(TIMEOUT)——任务由于时间片用完而处于“TIMEOUT”状态，并等待再次运行。该状态与“READY”状态相似，但由于是内部操作过程使一个循环任务被切换，因而单独算作一个状态。

处于“READY/TIMEOUT”、“RUNNING”和“BLOCKED”状态的任务被认为是激活的状态，三者之间可以进行切换。“SLEEPING”状态的任务是非激活的，不能被执行或认为已经终止。

2.2 RTX51 TINY任务切换

任务切换是RTX51 TINY提供的基本服务。RTX51 TINY是基于时间片调度算法的操作系统，它支持的是非抢占式的任务切换。所以在一个任务被执行时不能对其进行中断，除非该任务主动放弃CPU的资源，中断才可以打断当前的任务，中断完成后把CPU的控制权再交还该被中断的任务。任务切换有两种情况，一种是当前任务主动让出CPU资源；另一种情况是在当前任务的时间片已经用完的情况下，进行任务切换。CPU执行时间被分成若干个时间片，RTX51 TINY为每个任务分配一个时间片。时间片是通过对变量TIMESHARING的设置来确定的，即用“TIMESHARING EQU 5;”设置多少个系统时钟周期为一个时间片。系统默认5个系统时钟为一个时间片，如果晶振频率为11.059 2 MHz，则时间片为10.850 7×5＝54.253 5 ms。

RTX51 TINY的任务切换共有TASKSWITCHING 和SWITCHINGNOW两个入口，前者供定时器T0的中断服务程序调用，后者供系统函数os_delete和os_wait调用。相应地也有两个不同的出口，分别是恢复保护现场和清除状态标志位。系统首先将当前任务置为“TIMEOUT”状态，等待下一次时间片循环，然后找到下一个处于“READY” 状态的任务，通过堆栈管理，将自由堆栈空间分配给该任务，使其成为当前任务。清除使该任务进入“READY”或“TIMEOUT”状态的相关位后，执行该任务。任务切换的流程如图1所示。

图1 任务切换流程