一個(gè)搶先式“裸奔“系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

首先，main()在完成硬件初始化Sys_init()后，調(diào)用I2c_svr()總線通信服務(wù)程序。
I2c_svr()服務(wù)程序里，首先完成類似通用RTOS的任務(wù)現(xiàn)場保護(hù)的過程。再通過切換堆棧指針，完成了新任務(wù)堆棧的初始化過程。然后進(jìn)入I2C總線通信模塊主循環(huán)(類似創(chuàng)建任務(wù)的操作)，再通過調(diào)用idelay()，將CPU的控制權(quán)交還給main()。奧妙就在于idelay()首先保存通信程序的寄存器現(xiàn)場(ACC和PSW)，然后轉(zhuǎn)換到main()的堆棧空間，并恢復(fù)剛才被I2c_svr()保存的寄存器現(xiàn)場(ACC和PSW)。所以；i2c_svr()里的idelay()函數(shù)返回后將不執(zhí)行其下面的i2write()，而是執(zhí)行main()里的while(1)。
i2write()又如何能得到執(zhí)行呢?它是通過定時(shí)中斷服務(wù)程序timer1()再次獲得CPU控制權(quán)的。如果在main()的執(zhí)行中發(fā)生timer1()中斷，因?yàn)閠imer1()里也進(jìn)行與idelay()類似的任務(wù)切換操作，這時(shí)候?qū)⑶袚Q到I2c_svr()的堆棧和寄存器(現(xiàn)場)。此時(shí)timer1()中斷返回時(shí)，不會(huì)返回到main()里，而是執(zhí)行i2write()。
另外，函數(shù)i2write()內(nèi)部執(zhí)行中也會(huì)調(diào)用idelay()，在I2c_svr()中的每次調(diào)用idelay()都會(huì)將CPU控制權(quán)交給main()的切換。main()和I2c_svr()的切換關(guān)系如圖2所示。

當(dāng)然，timer1()并不總是引起任務(wù)的切換，通過判斷bi2csvr標(biāo)志可以避免(在不需要數(shù)據(jù)傳輸時(shí))不必要的任務(wù)切換。另外，timer1()也可能進(jìn)行從I2c_svr()到main()的切換。所以即使I2c_svr()里很長時(shí)間沒有調(diào)用idelay()，也不會(huì)阻塞main()的執(zhí)行。
切換現(xiàn)場一般基于80C51的RTOS，通常要保存所有的CPU寄存器(包括8個(gè)工作寄存器、ACC、PSW、B、DPTR等)，而這里與它們不同，因?yàn)樵诠P者的通信服務(wù)模塊I2c_svr()中使用了另外的寄存器組，且未使用B和DPTR，因此不需要保存8個(gè)工作寄存器及B和DPTR，僅保存和恢復(fù)PSW和ACC這兩個(gè)寄存器就可以了，大大提高了切換效率。
本系統(tǒng)里僅有兩個(gè)“任務(wù)”，即main()和I2c_svr()，也沒有固定優(yōu)先級(jí)，處于“等待”狀態(tài)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)總比當(dāng)前運(yùn)行中的任務(wù)高，所以相當(dāng)于同優(yōu)先級(jí)時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度方式。但相對(duì)于RTOS，這里還缺少操作系統(tǒng)必須管理的與任務(wù)相關(guān)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所以筆者還將其稱做“裸奔”系統(tǒng)。

6 現(xiàn)場保護(hù)的補(bǔ)充說明
任務(wù)切換中的寄存器現(xiàn)場保護(hù)代碼如下：


上面是Keil C51對(duì)定時(shí)中斷服務(wù)函數(shù)timer1()編譯生成的LST文件。編譯器在中斷服務(wù)里自動(dòng)生成壓棧和出棧寄存器的指令，所以在寫idelay()函數(shù)的寄存器現(xiàn)場切換的時(shí)候，必須完全遵守這個(gè)寄存器壓棧和出棧順序規(guī)則才能正常工作。

結(jié)語
通過學(xué)習(xí)和借鑒RTOS的CPU時(shí)間搶先調(diào)度和分配方法，可以將本系統(tǒng)中總線時(shí)序里許多很短的延時(shí)都交給主程序使用，最大程度利用CPU時(shí)間，實(shí)現(xiàn)主程序和通信服務(wù)程序的并行執(zhí)行，從而讓主程序和通信服務(wù)程序均達(dá)到系統(tǒng)要求的實(shí)時(shí)性能。
本文為時(shí)間緊張的系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)新的解決思路。應(yīng)該有助于初學(xué)操作系統(tǒng)的讀者理解操作系統(tǒng)任務(wù)切換的工作機(jī)理。