基于MSP430F149单片机的实时多任务操作系统

文章摘要：基于MSP430F149单片机的实时多任务操作系统 1 RTOS的基本概念 实时多任务操作系统（RTOS-Real Time Operating System）是根据操作系统的工作特性而言的。实时是指物理进程的真实时间。实时操作系统是指具有实时性，能支持实时控制系 统工作的操作系统。首要任务是调度一切可利用的资源完成实时控制任务，重要特点是要满足对时间的限制和要求。 实时操作系统中的任务(Task)有四种状

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基于MSP430F149单片机的实时多任务操作系统

1 RTOS的基本概念

实时多任务操作系统（RTOS-Real Time Operating System）是根据操作系统的工作特性而言的。实时是指物理进程的真实时间。实时操作系统是指具有实时性，能支持实时控制系 统工作的操作系统。首要任务是调度一切可利用的资源完成实时控制任务，重要特点是要满足对时间的限制和要求。

实时操作系统中的任务(Task)有四种状态：运行(Executing)，就绪(Ready)，挂起(Suspended)，休眠(Dormant)。

运行：获得CPU控制权。

就绪：进入任务等待队列。通过调度转为运行状态。

挂起：任务发生阻塞，移出任务等待队列，等待系统实时事件的发生而唤醒。从而转为就 绪或运行。

休眠：任务完成或错误等原因被清除的任务。也可以认为是系统中不存在了的任务。

某一时刻，系统中只能有一个任务在运行状态。各任务按级别通过时间片分别获得对CPU的访问权。

RTOS内核按照任务的调度机制可以分为两种：一种是占先式内核，一种是非占先式内核。

占先式内核：当一个低优先级的任务正在运行时，一个高优先级的任务就绪，那么RTOS就会把低优先级的任务挂起，来运行高优先级的任务。等高优先级的任务执行了一个循环挂起之后，再回到低优先级任务的断点继续运行。也就是说，任务的优先级越高，响应起来越及时。

非占先式内核：当一个低优先级的任务在运行时，一个高优先级的任务就绪，RTOS不会把CPU切换给高优先级的任务，必须等低优先级的任务执行了一个循环挂起之后，再由RTOS根据所有就绪任务的优先级判断将CPU切到哪个任务。

绝大多数商业RTOS, 以及著名的开放源码的uC/OS-II操作系统，都采用的是占先式内核，它的优点是实时性要比非占先式内核高。

在RTOS中，一般情况下，每个任务都一无限循环，每循环一次，任务挂起一段时间，以供调度程序把这段时间交给优先级更高的其它就绪任务，让其它任务运行(如图1)。当所有任务都挂起时，RTOS把任务切到空闲任务来执行。

空闲任务是一个系统任务，它一般是一个空的循环，优先级最低，也从来不会挂起。

2 在MSP430上使用RTOS的意义

一般的观点认为，MSP430上使用RTOS是没有意义的。这是可以理解的，因为MSP430的硬件资源有限(以MSP430F149为例，只有2KRAM),任何商业操作系统都不可能移植到MSP430上。目前在MSP430上得到应用的RTOS，只有 uC/OS-II，但使用uC/OS-II 必须有昂贵的C编译器，这严重限制了其在MSP430上的使用。

正是基于以上情况，笔者在应用MSP430过程中，编写了一个基于MSP430F149的RTOS，暂定名为M430/OS。它占用RAM量少、代码短小，稍加改动就可适用于大多数其它MSP430单片机。

在MSP430单片机系统上使用M430/OS，对系统有以下意义：

1） 实现软件设计的模块化。可将不同的功能模块编制成相应的任务，由操作系统按级别调用，不必为先执行哪个功能、后执行哪个功能而费神。

2） 更能合理、有效地利用CPU有限的资源。按任务的重要程度安排任务的级别，能够保证最重要的任务执行得最及时。

3） 大大降低系统故障率。低优先级的任务发生阻塞时，高优先级的的任务的执行不受影响。

3 M430/OS在MSP430F149上的实现

3.1 功能特点
　　
M430/OS有以下特点：

1） 采用占先式内核，即高优先级的任务可以从低优先级任务"抢"回CPU控制权；

2） 每个任务都单独开辟一个任务栈；

3） 每个任务占十几到几百个字节的任务堆栈，任务栈的大小可以根据任务中现场数据、局部变量和嵌套调用的情况估算；

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