一個搶先式“裸奔“系統(tǒng)的設(shè)計

摘要：在一些資源比較緊張的嵌入式系統(tǒng)中，使用RTOS有時未必能夠較好地滿足系統(tǒng)較高的實時性要求。在軟件設(shè)計時，可以借鑒搶先式RTOS實時調(diào)度內(nèi)核的方法，實現(xiàn)更為高效的任務(wù)調(diào)度算法，從而實現(xiàn)系統(tǒng)更高的實時性要求。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；搶先式調(diào)度；實時操作系統(tǒng)；STC12C5410

引言
這是2007年筆者在基于STC12C5410的工控系統(tǒng)里采用的軟件技術(shù)。系統(tǒng)中有兩個以主從方式通過I2C總線進行數(shù)據(jù)通信的節(jié)點，作為I2C總線的從機節(jié)點，因MCU性能限制了數(shù)據(jù)傳輸速率，因而每次通過總線傳輸30個字節(jié)的數(shù)據(jù)需要持續(xù)占用幾十ms的時間。由于在進行I2C總線通信的這段時間里，系統(tǒng)將不能響應(yīng)輸入和改變輸出(類似系統(tǒng)停頓)，這么長的時間延遲對于有較高實時要求的工控系統(tǒng)顯得難于容忍。
為此，最初考慮解決問題的辦法有3個：
①打斷和拆分數(shù)據(jù)包，采用多次傳輸?shù)霓k法。這樣做不但需要修改從機的軟件，多個數(shù)據(jù)包的連接又讓軟件變得復(fù)雜起來，所以這不是個很好的辦法。
②由于I2C總線在進行數(shù)據(jù)傳輸中，波特率較低，存在大量短時delay()，可以采用定時中斷，在定時中斷中只變換一次電平后就返回，從而在后臺完成數(shù)據(jù)發(fā)送。但這樣就導(dǎo)致中斷服務(wù)中必須執(zhí)行一個很龐大的狀態(tài)機判斷，中斷服務(wù)中大量的判斷也非常耗時耗力，且調(diào)試也不方便。
③采用RTOS技術(shù)，但在80C51系統(tǒng)上使用RTOS，再精練的實時調(diào)度，每個tick的時間都很難低于1 ms。經(jīng)測試，I2C總線傳輸中途遇到1 ms以上的傳輸中斷，會產(chǎn)生總線超時錯誤，因而在本系統(tǒng)中即使采用RTOS也未必能很好地解決問題。
通過一段時間對RTOS的分析和研究，最后在80C51的裸奔系統(tǒng)中嵌入特別定制的精練的搶先式調(diào)度來完成主要任務(wù)和I2C總線任務(wù)的并行執(zhí)行，最終獲得了很好的效果。
下面就來詳細地講述這個定制的搶先式調(diào)度的編程技巧。

1 I2C總線通信子程序
對I2C總線的時序在此就不作介紹了，下面是部分基于Keil C51模擬主I2C總線的通信子程序代碼如下：


上面是基于80C51模擬I2C總線的通信程序，其中的HIGH、LOW是1、0的宏定義，idelay()提供時序要求的一段時間的延時。
不難看出，這和通常的模擬I2C總線的通信子程序完全一樣。事實上，我也是直接使用了以前的子程序。