計算機系統分析應用論文
一、概述
一般說(shuō)來(lái)，單片機的應用系統中都需要同時(shí)執行很多任務(wù)，我們可以利用實(shí)時(shí)操作系統來(lái)靈活地安排系統資源。rtx51是美國keil公司開(kāi)發(fā)的一種小型的面向mcs51系列單片機的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，它可以工作于8051單片機以及派生家族中，簡(jiǎn)化了復雜的軟件設計，縮短了項目周期。
二、rtx51介紹
rtx51有2個(gè)模式：rtx51完全模式和最小模式。rtx51最小模式版是rtx51完全版的一個(gè)子集，可以很容易地運行在8051系統上，而不需要外部ram（dxata）。rtx51完全模式有4個(gè)任務(wù)優(yōu)先級，可以和中斷函數并行處理，各個(gè)任務(wù)之間通過(guò)使用“郵箱”系統來(lái)進(jìn)行信號和消息的傳遞，可以動(dòng)態(tài)地申請和釋放內存；同時(shí)，可以強制一個(gè)任務(wù)停止執行，等待一個(gè)中斷，或者是其它中斷傳來(lái)的信號量或者消息。
（一）rtx51任務(wù)
rtx51包括2類(lèi)任務(wù)：快速任務(wù)和標準任務(wù)�？焖偃蝿�(wù)有很快的響應速度，每個(gè)快速任務(wù)使用8051一個(gè)單獨的寄存器組，并且有自己的堆棧區域。rtx51支持最大同時(shí)有3個(gè)快速任務(wù)。標準任務(wù)需要多一點(diǎn)的時(shí)間來(lái)進(jìn)行任務(wù)切換，因此使用的內部ram相對快速任務(wù)要少，所有的標準任務(wù)共用1個(gè)寄存器組和堆棧。當任務(wù)切換的時(shí)候，當前任務(wù)的寄存器狀態(tài)和堆棧內容轉移到外部存儲器中。rtx51支持最大16個(gè)標準任務(wù)。
（二）rtx51任務(wù)狀態(tài)
�。�1）運行（runnign）當前正在運行的任務(wù)處于running狀態(tài)，同一時(shí)間只有1個(gè)任務(wù)可以運行。
�。�2）就緒（ready）等待運行的任務(wù)處于ready狀態(tài)，在當前運行的任務(wù)退出運行狀態(tài)后，就緒隊列中優(yōu)先級最高的任務(wù)進(jìn)入到運行狀態(tài)。
�。�3）阻塞（blocked）等待一個(gè)事件的任務(wù)處于blocked狀態(tài)，如果事件發(fā)生且優(yōu)先級比正在運行的任務(wù)高，此任務(wù)進(jìn)入運行狀態(tài)；如果優(yōu)先級比正在運行的任務(wù)低，此任務(wù)進(jìn)入ready狀態(tài)。
�。�4）刪除（d）沒(méi)有開(kāi)始的任務(wù)處于刪除狀態(tài)。
（三）rtx51中斷處理
rtx51完全模式提供2種方法來(lái)處理中斷：一種是c51的中斷函數，另一種是rtx51的中斷。它又可以分為快速任務(wù)中斷和標準任務(wù)中斷。對于中斷函數這種方法，它同時(shí)也可以在不使用rtx51的情況下使用，當中斷發(fā)生的時(shí)候，程序就跳到了相應的中斷函數，它和正在運行的任務(wù)是互相獨立的，中斷的處理是在rtx51系統之外，和任務(wù)切換規則沒(méi)有關(guān)聯(lián)。對于任務(wù)中斷的方法，不管使用快速是標準任務(wù)來(lái)處理中斷，如果中斷發(fā)生，等待中斷的任務(wù)就從“等待”狀態(tài)進(jìn)入到就緒狀態(tài)，并按照任務(wù)切換規則進(jìn)行切換。
（四）任務(wù)調度rtx51
包含一個(gè)事件驅動(dòng)的任務(wù)調度機制，它能夠按照任務(wù)的優(yōu)先級進(jìn)行切換，也就是搶占式多任務(wù)系統；另外還有一個(gè)可選的時(shí)間片輪轉切換任務(wù)模式，在這種模式下，rtx51使用8051內部定時(shí)器t0來(lái)產(chǎn)生定時(shí)節拍，各任務(wù)只在各自分配的定時(shí)節拍數（時(shí)間片）內執行。當時(shí)間片用完后，切換至下一任務(wù)運行，因此，各任務(wù)是并發(fā)執行的。同級別的任務(wù)是按照時(shí)間片分別占用cpu的。rtx51任務(wù)有4個(gè)優(yōu)先級：0、1、2可以分配給標準任務(wù)，優(yōu)先級3是為快速任務(wù)保留的。每個(gè)任務(wù)都可以等待事件的發(fā)生，而并不增加系統的負擔；任務(wù)可以等待消息、信號、中斷、超時(shí)事件或者它們的組合。
（五）任務(wù)控制
為了能描述和控制任務(wù)的運行，rtx51為每個(gè)任務(wù)定義了稱(chēng)作任務(wù)控制塊的數據結構，主要包括四項內容：任務(wù)的代碼入口地址，位于code空間，2字節為一個(gè)單位。
任務(wù)所使用堆棧棧底位置，位于idata空間，1字節為一個(gè)單位。
任務(wù)的定時(shí)節拍計數器，在每一次定時(shí)節拍中斷后都自減一次。
任務(wù)狀態(tài)寄存器，用其各個(gè)位來(lái)表示任務(wù)所處的狀態(tài)。位于idata空間，以2字節為一單位。
（六）定時(shí)器t0中斷服務(wù)程序的任務(wù)
�。�1）rtx51使用定時(shí)器t0作為定時(shí)節拍發(fā)生器，是任務(wù)切換、時(shí)間片輪轉的依據。
�。�2）更新各個(gè)任務(wù)節拍數：將各任務(wù)節拍數寄存器減1，如果某任務(wù)超時(shí)，并且該任務(wù)正在等待超時(shí)事件，則將該任務(wù)置為“ready”狀態(tài)，使其返回任務(wù)隊列。
�。�3）檢查自由堆�？臻g：若自由堆�？臻g范圍小于freestack（默認為20字節）時(shí)，可以調用宏stack_error，進(jìn)行堆棧出錯處理。
三、rtx51應用中應注意的問(wèn)題
原則講rtx51可以應用到基于mcs51系列單片機組成的任何系統中。rtx51的優(yōu)點(diǎn)在于軟件開(kāi)發(fā)周期短、效率高；由于rtx51在運行時(shí)需要占用cpu的部分硬件資源，如通常占用定時(shí)/計數器t0，且對堆棧深度要求較高，因此，在使用時(shí)應注意rtx51對硬件配置的要求。
（一）rtx51對硬件的要求
rtx51分為完全模式和最小模式，對于rtx51完全模式，要求系統要有外部ram，同時(shí)，還應合理分配cpu的硬件資源，留出定時(shí)/計數器t0作為系統多任務(wù)執行的時(shí)間片發(fā)生器；對于簡(jiǎn)單的嵌入式系統，由于通常沒(méi)有外部ram，通常選擇rtx51最小模式。在最小模式下，定時(shí)/計數器t0用戶(hù)不能使用，而是留給系統作多任務(wù)切換的時(shí)間片發(fā)生器。
（二）合理分配任務(wù)的時(shí)間片數和任務(wù)優(yōu)先級
在執行多任務(wù)時(shí)，由于各個(gè)任務(wù)處理時(shí)，需要的時(shí)間不同，任務(wù)對實(shí)時(shí)性要求不同，所以，應合理配置各個(gè)任務(wù)的時(shí)間片數，盡量使任務(wù)在規定的時(shí)間片內完成，減少任務(wù)間的消息傳遞，確保系統資源的使用效率。在rtx51完全模式下，應注意各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級配置；在rtx51最小模式下，各個(gè)任務(wù)沒(méi)有優(yōu)先級規定，各任務(wù)只能在時(shí)間片定時(shí)器的控制下并行執行。
四、結論
在can局域網(wǎng)節點(diǎn)設計過(guò)程中，我們成功地將rtx51最小模式應用到系統之中，簡(jiǎn)化了系統的軟件設計，提高了開(kāi)發(fā)效率，縮短了開(kāi)發(fā)周期。
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