Question

实时操作系统怎么创建任务代码分析

Answer 1

最简单的任务调度

　　以现代观点而言，一个标准个人电脑的OS应该提供以下的功能：

　　进程管理(Processing management)

　　内存管理(Memory management)

　　文件系统(File system)

　　网络通讯(Networking)

　　安全机制(Security)

　　用户界面(User interface)

　　驱动程序(Device drivers)

　　但一个最简易的嵌入式操作系统，所包含的可以少很多。最简单的操作系统，通常都是围绕着进程管理展开的。所以，现在可以尝试下一个最简单的“操作系统”，只能做简单地进行人工任务调度。为了简单起见，使用最简单的AT89S52运行程序：内存小的数的清字节数，外设只有几个IO，结构简单，很方便操作系统的编写。

　　1.裸跑的任务和操作系统中的任务

　　相信大家都很熟悉，用单片机裸跑，程序一般都写成如下一个大的while死循环：

　　void main (void)

　　{

　　while (1) /* repeat forever */

　　{

　　do_something();

　　}

　　}

　　或者又像：

　　void main (void)

　　{

　　while (1) /* repeat forever */

　　{

　　do_something1();

　　do_something2(); //Catch data input

　　do_something3();

　　.

　　.

　　.

　　}

　　}

　　这里每一个函数完成一个独立的操作或者任务，这些函数(也可以叫任务)以一定的顺序执行，一个接着一个。这里的任务切换，单纯就是执行完一个，再执行另一个。不断循环。
但是，一旦增加更多的任务，那么执行的顺序就变成了一个问题。在以上的例子中，一旦函数do_something1()运行了太长的时间，那么主循环就需要很长的时间才可以执行到do_something2()。如果do_something2()是接收输入数据的函数，数据就很有可能丢失。当然，我们也可以在循环中插入更多的do_something2()函数调用，或者把do_something1()拆分成几个比较小的部分。但这就比较考验编程者功力了，如果任务太多，编写程序将成为一个相当复杂的问题。

　　这时，一个帮助你分配各个任务运行时间的操作系统就很有必要了。在操作系统中，任务一般形如：

　　void check_serial_io_task (void) _task_ 1

　　{

　　/* This task checks for serial I/O */

　　}

　　void process_serial_cmds_task (void) _task_ 2

　　{

　　/* This task processes serial commands */

　　}

　　void check_kbd_io_task (void) _task_ 3

　　{

　　/* This task checks for keyboard I/O */

　　}

　　任务之间的切换已经交给操作系统完成了，熟悉的main函数和while(1)一般已经隐去不见了。

　　2.如何做任务切换

　　还是说单片机裸跑，裸跑时，把C语言文件编译成汇编，可以看到，是用CALL指令去调一个任务函数，执行完毕后，用RET退出。但是这样的方法用在切换频繁的操作系统中，就无疑不适合了，因为我们无法做到预知什么时候退出，即调用RET。

　　任务切换，看起来很玄，实际上说白了，就是改变程序指针PC的值。前边写的_task_ 1，_task_ 2，编译以后，都存储在ROM中。把PC指向这段ROM，他就执行了，想切换另一个任务，就用PC指向那个任务。就这么简单。这样说，是不是就是PC=一个地址就可以了?不行，因为绝大多数单片机，是不允许给PC寄存器直接赋值的。那样写，编译器会报错的。一般操作系统，都用以下方法改变PC的值：

　　unsigned char Task_Stack1[3];

　　Task_Stack1[1] = (uint16) Task_1;

　　Task_Stack1[2] = (uint16) Task_1 >> 8;

　　SP = Task_Stack1+2;

　　}//编译成RET

　　PC的值不能直接改变，但是可以变通，通过其他方式改变PC的值。一个函数执行完毕，总是要改变PC的。这是，PC是如何改变的呢?函数执行前，PC被压入了堆栈中。函数结束，要调用的是RET指令，也就是PC出栈。压在堆栈中的原始PC值，这时从堆栈中弹出，程序又回到了原来的位置。这里就是模仿这一过程：模拟一个堆栈的结构，把要执行的函数入口地址(C语言中的函数名)装入其中，把SP指向这个自己创建的堆栈栈顶。一个RET指令，就将[SP]和[SP-1]弹到PC中了。就这样，PC改变到了要执行的函数入口地址，开始执行目标函数。(AT89s52的PC为16位，压到堆栈中是两个字节)

　　3.一个最简单的人工调度系统

　　应用上面的思想，写一个最简单的3任务人工调度系统。代码如下：

　　typedef unsigned char uint8;

　　typedef unsigned int uint16;

　　#include

　　sbit led0 = P0^0;

　　sbit led1 = P0^1;

　　sbit led2 = P0^2;

　　uint8 Cur_TaskID; //当前运行的任务号

　　uint8 Task_Stack0[10]; //0号任务的堆栈

　　uint8 Task_Stack1[10];

　　uint8 Task_Stack2[10];

　　uint8 Task_StackSP[3]; //3个堆栈的栈顶指针

　　//Task_StackSP[0] -> Task_Stack0

　　//Task_StackSP[1] -> Task_Stack1

　　//Task_StackSP[2] -> Task_Stack2

　　void Task_0(); //任务0

　　void Task_1(); //任务1

　　void Task_2(); //任务2

　　void Task_Scheduling(uint8 Task_ID); //任务调度

　　void main (void)

　　{

　　Task_Stack0[1] = (uint16) Task_0; //按照小端模式，任务函数入口地址装入任务堆栈

　　Task_Stack0[2] = (uint16) Task_0 >> 8;

　　Task_Stack1[1] = (uint16) Task_1;

　　Task_Stack1[2] = (uint16) Task_1 >> 8;

　　Task_Stack2[1] = (uint16) Task_2;

　　Task_Stack2[2] = (uint16) Task_2 >> 8;

　　Task_StackSP[0] = Task_Stack0;

　　Task_StackSP[0] += 2; //刚入栈两个元素。这里取得栈顶地址，即Task_Stack0[2]

　　Task_StackSP[1] = Task_Stack1;

　　Task_StackSP[1] += 2;

　　Task_StackSP[2] = Task_Stack2;

　　Task_StackSP[2] += 2;

　　Cur_TaskID = 0;

　　SP = Task_StackSP[0]; //SP取得0号任务的栈顶地址
}//利用main的返回指令RET，使PC取得0号任务入口地址

　　//任务调度函数

　　void Task_Scheduling(uint8 Task_ID)

　　{

　　Task_StackSP[Cur_TaskID] = SP;

　　Cur_TaskID = Task_ID;

　　SP = Task_StackSP[Cur_TaskID];

　　}

　　//0号任务函数

　　void Task_0()

　　{

　　while(1)

　　{

　　led0 = 0;

　　Task_Scheduling(1);

　　}

　　}

　　//1号任务函数

　　void Task_1()

　　{

　　while(1)

　　{

　　led1 = 0;

　　Task_Scheduling(2);

　　}

　　}

　　//2号任务函数

　　void Task_2()

　　{

　　while(1)

　　{

　　led2 = 0;

　　Task_Scheduling(0);

　　}

　　}

　　代码要做的，就是3个任务的顺序执行。任务调度函数Task_Scheduling的思想也即如前面所述。在Keil中可以运行代码，可以看到，程序在3个任务中顺序执行了。