做了7個文件,分別是
os_core.h //核心文件的參數定義
os_core.c //核心文件,包含進程的6種操作,系統級別的操作
task_switch.h //任務切換函數的定義
task_switch.c //任務切換函數的實現,采用搶占式中斷調用(T2自動重載)
sem.h //信號量的定義,其實也就是3個函數,創建信號量,發送一個信號量,接收信號量,在教材里面講得那么復雜,差點把人搞暈了,實現起來不要太簡單
sem.c //信號量實現
main.c //任務以及它的操作和主函數包括在這里
//---------------------------------------------------os_core.h---------------------------------------------------------------//
#ifndef __OS_CORE_H__
#define __OS_CORE_H__
#include <reg52.h>
typedef signed char int8s;
typedef unsigned char int8u;
typedef signed int int16s;
typedef unsigned int int16u;
typedef signed long int32s;
typedef unsigned long int32u;
//任務的5種狀態
#define TASK_STATUS_CREATE 0x00
#define TASK_STATUS_RDY 0x01
#define TASK_STATUS_SUSPEND 0x02
#define TASK_STATUS_ENDED0x04
#define TASK_STATUS_SEM0x08
//任務控制塊
typedef struct {
int8u task_status;//任務狀態
int8u task_priority;//任務的優先級
int8u task_stack_top;//任務棧頂地址(保存任務棧頂的地址)
int8u task_wait_tick;//任務延時等待次數
}OS_TCB;
#define MAX_TASKS 4//最大的任務數量
//任務的優先級從小到大一次排列，數值越小，優先級越高
#define TASK_STACK_DEPTH 17//最大任務堆棧深度（2字節程序地址+13字節寄存器數據+2字節中斷過程保存字節）
#define NUM_RESISTER_PUSHED 13//人工堆棧中需要被保存的寄存器數量（這里因為是8051，所以有13字節）
extern idata volatile OS_TCB os_tcb[MAX_TASKS];//任務控制塊列表
extern volatile int8u task_running_id;//正在運行任務的標號
extern volatile int8u os_res_list;//系統資源表，表示哪些資源是否被占用（最大為8個）
extern volatile int8u idata task_stack[MAX_TASKS][TASK_STACK_DEPTH];//每個任務的任務棧
extern volatile int8u task_int_list;//任務中斷標記（最大為8個）
extern volatile int8u int_count;//進入中斷次數
extern volatile int8u os_en_cr_count;//進入臨界區次數
#define os_enter_critical() {EA=0;os_en_cr_count++;} //進入臨界區
#define os_exit_critical() {if(os_en_cr_count>0){os_en_cr_count--;if(os_en_cr_count==0){EA=1;}}}//退出臨界區
//任務的六種操作
void task_create(void (*task)(void),int8u task_priority);
void task_delete(int8u task_id);
void task_sleep();
void task_wake();
void task_suspend(int8u task_id);
void task_resume(int8u task_id);
//系統操作
void os_init();//初始化系統
void os_start();//開始系統
void os_delay(int8u tick);//任務延時
void os_task_idle();//空任務，具有最低優先級
#endif
//---------------------------------------------------os_core.c---------------------------------------------------------------//
#include "os_core.h"
#include "task_switch.h"
idata volatile OS_TCB os_tcb[MAX_TASKS];//任務控制塊列表
volatile int8u task_running_id;//正在運行任務的標號
volatile int8u os_res_list;//系統資源表，表示哪些資源是否被占用（最大為8個）
volatile int8u idata task_stack[MAX_TASKS][TASK_STACK_DEPTH];//每個任務的任務棧
volatile int8u task_int_list;//任務中斷標記（最大為8個）
volatile int8u int_count;//進入中斷次數
volatile int8u os_en_cr_count;//進入臨界區次數
/*
********************************************************************************************************
任務操作
********************************************************************************************************
*/
void task_create(void (*task)(void),int8u task_priority) {
static int8u i;
static int8u task_id;
static int8u *stack_point;
for(i=0; i<MAX_TASKS;i++) {//為任務分配id和資源（注意，task的id和資源的分配是自動的）
if((os_res_list&(0x01<<i))==0) {//如果是空的話，那么會從第0個開始分配，即第一個任務的ID號肯定是0，也就是空閑任務ID肯定是0
task_id = i;
os_res_list|=0x01<<i;
break;
}
}
os_tcb[task_id].task_status = TASK_STATUS_CREATE;//將任務置于創建態
//為任務分配堆棧空間
stack_point = task_stack[task_id];
for(i=0; i<TASK_STACK_DEPTH; i++) {//先清除堆棧
*(stack_point+i) = 0;
}
*stack_point = (int16u)task; //任務低8位給task_stack[task_id][0]
stack_point++;
*stack_point = (int16u)task>>8; //任務高8位給task_stack[task_id][1]
stack_point += NUM_RESISTER_PUSHED; //將13個寄存器位置保存起來
//為任務添加屬性
os_tcb[task_id].task_stack_top = (int8u)stack_point;
os_tcb[task_id].task_priority = task_priority;
os_tcb[task_id].task_wait_tick = 0;
os_tcb[task_id].task_status = TASK_STATUS_RDY;//將任務置于就緒態
}
void task_suspend(int8u task_id) { //掛起一個任務
os_enter_critical();
os_tcb[task_id].task_status = TASK_STATUS_SEM;//將該任務的狀態置于被掛起的狀態(由于信號量）
os_exit_critical();
if(task_id == task_running_id) {
os_task_switch(); //調用一下任務切換，切換到其它任務
}
}
void task_resume(int8u task_id) {
os_enter_critical();
if(os_res_list&(0x01<<task_id) != 0) { //如果要恢復的任務存在
os_tcb[task_id].task_status = TASK_STATUS_RDY;//將任務狀態置于就緒態
os_exit_critical();
if(os_tcb[task_id].task_priority < os_tcb[task_running_id].task_priority) {
os_task_switch(); //調用一下任務切換，切換到優先級更高的任務
}
}
}
/*
void task_delete(int8u task_id) { //刪除一個任務
os_enter_critical();
if(os_res_list&(0x01<<task_id) != 0) { //如果要刪除的任務存在
os_tcb[task_id].task_status = TASK_STATUS_ENDED; //將任務狀態置于結束態
os_res_list &= ~(0x01<<task_id); //釋放任務使用的堆棧等資源
os_tcb[task_id].task_wait_tick = 0;
os_exit_critical();
os_task_switch();
}
}
*/
/*
********************************************************************************************************
系統操作
********************************************************************************************************
*/
void os_init(){ //初始化系統
EA = 0;//關閉總中斷
ET2 = 1;//開啟定時器2中斷
T2CON = 0x00;//自動重載
//T2MOD = 0x00;
RCAP2H = 0xD8; //晶振使用12MHZ，定時時間10ms
RCAP2L = 0xF0;
os_res_list = 0x00; //資源全部置空
os_en_cr_count = 0; //進入臨階段0次
task_create(&(os_task_idle),MAX_TASKS-1);//創建空閑進程，優先級為MAX_TASKS-1
}
void os_start(){//開始系統
task_running_id = 0;//指示task_idle 為第一個運行的任務
os_tcb[task_running_id].task_stack_top -= NUM_RESISTER_PUSHED;//去掉寄存器的堆棧，以免在調用的時候出現堆棧溢出
SP = os_tcb[task_running_id].task_stack_top; //將空閑任務置于運行態
TR2 = 1;//開啟定時器2中斷
EA = 1;//開啟總中斷
//while(1);//等待定時器中斷的調用
}
void os_delay(int8u tick){//任務延時
os_enter_critical();
os_tcb[task_running_id].task_wait_tick = tick;//設置延時節拍數
os_tcb[task_running_id].task_status = TASK_STATUS_SUSPEND;//將置于處于掛起態，等待延時
os_exit_critical();
os_task_switch();
os_exit_critical();
}
void os_task_idle() {//空任務，具有最低優先級
//static int8u i;
while(1) {
//os_enter_critical();
//i++;
//os_exit_critical();
}
}
//---------------------------------------------------task_switch.h---------------------------------------------------------------//
#ifndef __TASK_SWITCH_H__
#define __TASK_SWITCH_H__
#include "os_core.h"
void os_task_switch();//任務調度
#endif
//---------------------------------------------------task_switch.c---------------------------------------------------------------//
#include "task_switch.h"
void os_task_switch(){//任務調度
static int8u i;
EA = 0;
__asm PUSH ACC//保存寄存器
__asm PUSH B
__asm PUSH PSW
__asm PUSH DPH
__asm PUSH DPL
__asm MOV A,R0
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R1
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R2
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R3
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R4
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R5
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R6
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R7
__asm PUSH ACC
os_tcb[task_running_id].task_stack_top = SP;//保存當前的堆棧指針
//os_tcb[task_running_id].task_status = TASK_STATUS_RDY;//不用在這里修改當前任務的狀態，已經在任務函數中修改過了
task_running_id = 0;
for(i=0; i<MAX_TASKS; i++) {
if((os_res_list&(0x01<<i)) != 0) {//判斷任務的資源是否還在使用，即任務是否還存在
if(os_tcb[i].task_status == TASK_STATUS_RDY) {
if(os_tcb[i].task_priority<os_tcb[task_running_id].task_priority) {
task_running_id = i; //找到優先級最高的，而且處于就緒狀態的任務，將它置位當前要運行的任務
}
}
}
}
SP = os_tcb[task_running_id].task_stack_top;
__asm POP ACC//恢復寄存器
__asm MOV R7,A
__asm POP ACC
__asm MOV R6,A
__asm POP ACC
__asm MOV R5,A
__asm POP ACC
__asm MOV R4,A
__asm POP ACC
__asm MOV R3,A
__asm POP ACC
__asm MOV R2,A
__asm POP ACC
__asm MOV R1,A
__asm POP ACC
__asm MOV R0,A
__asm POP DPL
__asm POP DPH
__asm POP PSW
__asm POP B
__asm POP ACC
EA = 1;
}
void timer2_isr(void) interrupt 5 using 1 {
int8u i;
EA = 0;
__asm MOV A,R0
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R1
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R2
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R3
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R4
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R5
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R6
__asm PUSH ACC
__asm MOV A,R7
__asm PUSH ACC
TF2 = 0;
os_tcb[task_running_id].task_stack_top = SP;
task_running_id = 0;
for(i=0; i<MAX_TASKS; i++) {
if((os_res_list&(0x01<<i)) != 0) {//判斷任務的資源是否還在使用，即任務是否還存在
if(os_tcb[i].task_status == TASK_STATUS_SUSPEND) { //只有被掛起的任務才能時間減少
if(os_tcb[i].task_wait_tick != 0) {
os_tcb[i].task_wait_tick--;
if(os_tcb[i].task_wait_tick == 0) {
os_tcb[i].task_status = TASK_STATUS_RDY;
}
}
}
if(os_tcb[i].task_status == TASK_STATUS_RDY) {
if(os_tcb[i].task_priority<os_tcb[task_running_id].task_priority) {
task_running_id = i; //找到優先級最高的，而且處于就緒狀態的任務，將它置位當前要運行的任務
}
}
}
}
SP = os_tcb[task_running_id].task_stack_top;
__asm POP ACC//恢復寄存器
__asm MOV R7,A
__asm POP ACC
__asm MOV R6,A
__asm POP ACC
__asm MOV R5,A
__asm POP ACC
__asm MOV R4,A
__asm POP ACC
__asm MOV R3,A
__asm POP ACC
__asm MOV R2,A
__asm POP ACC
__asm MOV R1,A
__asm POP ACC
__asm MOV R0,A
EA = 1;
}
//---------------------------------------------------sem.h---------------------------------------------------------------//
#ifndef __SEM_H__
#define __SEM_H__
#include "os_core.h"
#define MAX_SEMS 2
typedef struct {
int8u os_event_state;//0：不可用，1：可用
int8u os_task_pend_tbl;//等待信號量的任務列表
}OS_EVENT;
extern volatile OS_EVENT os_sem[MAX_SEMS];
void os_task_sem_pend(int8u index);
void os_task_sem_post(int8u index);
void os_sem_create(int8u index,int8u state);
#define os_sem_clean(index) os_sem[index].os_event_state = 0
#endif
//---------------------------------------------------sem.c---------------------------------------------------------------//
#include "sem.h"
volatile OS_EVENT os_sem[MAX_SEMS];
void os_task_sem_pend(int8u index) {
os_enter_critical();
if(index< MAX_SEMS) {
if(os_sem[index].os_event_state!=0) {//信號量可用
os_sem[index].os_event_state--;
} else {
os_sem[index].os_task_pend_tbl |= (0x01<<task_running_id);
task_suspend(task_running_id);
}
}
os_exit_critical();
}
void os_task_sem_post(int8u index) {
int8u i;
os_enter_critical();
if(index<MAX_SEMS) {
for(i=0; i<MAX_TASKS; i++) { //找到的i是優先級最高且處于等待狀態的任務
if((os_sem[index].os_task_pend_tbl&(0x01<<i)) != 0) {//如果要恢復的任務存在
break;
}
}
if(i < MAX_TASKS) {
os_sem[index].os_task_pend_tbl &= ~(0x01<<i);
task_resume(i);
} else {
os_sem[index].os_event_state++;
}
}
os_exit_critical();
}
void os_sem_create(int8u index,int8u state) { //初始化信號量
if(index < MAX_SEMS) {
os_sem[index].os_task_pend_tbl = 0;
os_sem[index].os_event_state = state;
}
}
//---------------------------------------------------main.c---------------------------------------------------------------//
#include "os_core.h"
#include "task_switch.h"
#include "sem.h"
void task_1(void) {
static int8u i;
while(1) {
os_task_sem_pend(1);
i++;
P1 = 0x01<<(i%8);
os_delay(100);
os_task_sem_post(1);
}
}
sbit led = P2^1;
void task_2(void) {
while(1) {
os_task_sem_pend(0);
os_task_sem_pend(1);
led = 1;
os_delay(10);
led = 0;
os_delay(10);
os_task_sem_post(0);
os_task_sem_post(1);
}
}
void task_3(void) {
static int8u j;
while(1) {
os_task_sem_pend(0);
j++;
P3 = 0x01<<(j%8);
os_delay(100);
os_task_sem_post(0);
}
}
int main(void) {
os_init();
P1=0;
P2=0;
P3=0;
os_sem_create(0,1);
os_sem_create(1,1);
task_create(&(task_2),0);
task_create(&(task_1),1);
task_create(&(task_3),2);
os_start();
return 0;
}
總結:
在51單片機上實現操作系統是我們不常討論的話題，其實操作系統還是有蠻大的用處的， 上次我寫了一篇文章：一個簡單的51單片機操作系統的實現，連接是：http://www.zg4o1577.cn/mcu/1325.html ，這篇其實是對上篇文章的補充.實現更多的一些功能，希望大家多多指點啊.
實現了任務的互斥，使得兩個任務之間能夠互斥運行，但是不能是兩個以上，因為系統采用的是搶占式的中斷調度，所以兩個以上任務公用一個信號量，會出現優先級較低的那個任務出現饑餓的情況。
任務的實時性是很有保障的，因為內部函數比較簡單，所以不存在嵌套中斷的說法。
計算一下程序使用的RAM，一共使用大概101字節，剩余107字節可用，感覺還不錯.
現在已經成功地實現信號量的功能。
剩下的還有郵箱、事件、內存等等了，不過由于8051RAM空間還是小了些，如果能擴充到4KB以上，發展潛力倒是會有很大的提高，不過外置RAM肯定速度上比不了內置的。
自己動手做51操作系統現在暫時告一段落，操作系統還是在片上資源豐富的系統上用比較好，不過STC的那個最NB的STC90C516AD擁有4KB的RAM和62KB的ROM用起來也可以的。價格也不貴,有空再去嘗試...
當任務多了的時候，任務的配置模塊也很多，RAM里面84%以上的空間都是用于任務的各種屬性的配置，包括任務堆棧和任務的互斥。
希望接下來的復習能夠更加認真！！！現在算是了卻了我內心中的一樁心愿吧，真正實現了自己的操作系統！！！（功能匱乏，只有進程調度和互斥實現)
現在我才知道鏈表的操作是多么地耗費內存.創建一個指針就要3個字節,如果搞個鏈表出來,包括結構體,在資源不那么豐富的8051上(操作系統中),簡直是宰牛用殺雞刀,完全吃不消.但是如果是AVR或者ARM等片上資源豐富的單片機,那就不存在了.
為什么手機的操作系統里面一個安裝文件動不動就幾MB的大小,為什么Android中的程序動不動就占用幾MB的內存?
這就和操作系統有很大關系了,創建一個任務,給它定義進程控制塊,堆棧,還要包括它的GUI,別看圖形界面特別簡單,實際上采用圖形界面還是相當吃內存的.在進程切換中,保存堆棧和一些進程信息,這又得占用一部分內存.Android因為采用虛擬機的緣故,這虛擬機它也得吃內存啊,開個程序就有個虛擬機跟著,速度當然不如symbian了.可惜symbian內存和cpu的頻率比較低...
所以內存占用和系統任務的個數是線性關系的.當某個程序比較大,它占用內存越多,而且可能會頻繁地讀取內存,這樣就會造成其它程序速度變慢.這就是為什么在聽歌的時候,上網有時會有點卡的原因之一.
系統啟動的時候,會把程序加載進入內存中,當需要加載的程序數量過多時,自然就會比較卡.所以開機的時候會有一段延遲.