构造一个51单片机的实时操作系统

文章摘要：构造一个51单片机的实时操作系统 长沙市希麦特电子科技有限公司 彭光红 目前，大多数的产品开发是在基于一些小容量的单片机上进行的，51系列单片机，是我国目前使用最多的单片机系列之一，有非常广大的应用环境与前景，多年来的资源积累，使51系列单片机仍是许多开发者的首选。针对这种情况，近几年涌现出许多基于51内核的扩展芯片，功能越来越齐全，速度越来越快，也从一个侧面说明了51系列单片机在国内的生命力。

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构造一个51单片机的实时操作系统 长沙市希麦特电子科技有限公司 彭光红

目前，大多数的产品开发是在基于一些小容量的单片机上进行的，51系列单片机，是我国目前使用最多的单片机系列之一，有非常广大的应用环境与前景，多年来的资源积累，使51系列单片机仍是许多开发者的首选。针对这种情况，近几年涌现出许多基于51内核的扩展芯片，功能越来越齐全，速度越来越快，也从一个侧面说明了51系列单片机在国内的生命力。

多年来我们一直想找一个合适的实时操作系统，作为自己的开发基础。根据开发需求，整合一些常用的嵌入式构件，以节约开发时间，尽最大可能地减少开发工作量；另外，要求这个实时操作系统能非常容易地嵌入到小容量的芯片中。毕竟，大系统是少数的，而小应用是多数而广泛的。显而易见，μC/OS－Ⅱ是不太适合于以上要求的，而Keil C所带的RTX Tiny不带源代码，不具透明性，至于其FULL版本就更不用说了。

1 Keil C51与重入问题

说到实时操作系统，就不能不考虑重入问题。对于PC机这样的大内存处理器而言，这似乎并不是一个很麻烦的问题，借用μC/OS－Ⅱ RTOS的说法，即要求在重入的函数内，使用局部变量。但51系列单片机堆栈空间很小，仅局限在256字节之内，无法为每个函数都分配一个局部堆空间，正是由于这个原因，Keil C51使用了所谓的可覆盖技术：

（1）局部变量存储在全局RAM空间（不考虑扩展外部存储器的情况）；
（2）在编译链接时，即已经完成局部变量的定位；
（3）如果各函数之间没有直接或间接的调用关系，则其局部变量空间便可覆盖。

正是由于以上的原因，在Keil C51环境下，纯粹的函数如果不加处理（如增加一个模拟栈），是无法重入的。那么在Keil C51环境下，如何使其函数具有可重入性呢？下面分析在实时操作系统下面，任务的基本结构与模式：

void TaskA（void*ptr）{
UINT8 val_a；
//其他一些变量定义
do{
//实际的用户任务处理代码
}while（1）；
}
void TaskB（void*ptr）{
UINT8 val_b；
//其他一些变量定义
do{
Funcl（）；
//其他实际的用户任务处理代码
}while（1）；
}
void Funcl（）{
UINT8 val_fa；
//其他变量的定义
//函数的处理代码
}

在上面的代码中，TaskA与TaskB并不存在直接或间接的调用关系，因而其局部变量val_a与val_b便是可以被互相覆盖的，即其可能都被定位于某一个相同的RAM空间。这样，当TaskA运行一段时间，改变了val_a后，TaskB取得CPU控制权并运行时，便可能会改变val_b。由于其指向相同的RAM空间，导致TaskA重新取得CPU控制权时，val_a的值已经改变，从而导致程序运行不正确，反过来亦然。另一方面，Funch（）与TaskB有直接的调用关系，因而其局部变量val_fa与val_b不会被互相覆盖，但也不能保证其局部变量val_fa不会与TaskA或其他任务的局部变量形成可覆盖关系。

将val_a、val_b以及val_fa等局部变量定义为静态变量（加上static指示符）可以解决这一问题。但问题是，定义大量的static类型变量，将导致RAM空间的大量占用，有可能直接导致RAM空间不够用。尤其是在一些小容量的单片机内，一般只有128或256字节，大量的静态变量定义，在如此小的RAM资源状况下显然就不太合适了。由此而有了另一种的解决方法，如下代码所示：

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