帶信號量和搶占式的中斷調(diào)度的mini操作系統(tǒng)(基于8051)

做了7個文件,分別是
os_core.h //核心文件的參數(shù)定義
os_core.c //核心文件,包含進(jìn)程的6種操作,系統(tǒng)級別的操作
task_switch.h //任務(wù)切換函數(shù)的定義
task_switch.c //任務(wù)切換函數(shù)的實(shí)現(xiàn),采用搶占式中斷調(diào)用(T2自動重載)
sem.h //信號量的定義,其實(shí)也就是3個函數(shù),創(chuàng)建信號量,發(fā)送一個信號量,接收信號量,在教材里面講得那么復(fù)雜,差點(diǎn)把人搞暈了,實(shí)現(xiàn)起來不要太簡單
sem.c //信號量實(shí)現(xiàn)
main.c //任務(wù)以及它的操作和主函數(shù)包括在這里

//---------------------------------------------------os_core.h---------------------------------------------------------------//#ifndef __OS_CORE_H__#define __OS_CORE_H__#include reg52.h>typedef signed char int8s;typedef unsigned char int8u;typedef signed int int16s;typedef unsigned int int16u;typedef signed long int32s;typedef unsigned long int32u;//任務(wù)的5種狀態(tài)#define TASK_STATUS_CREATE 0x00#define TASK_STATUS_RDY 0x01#define TASK_STATUS_SUSPEND 0x02#define TASK_STATUS_ENDED0x04#define TASK_STATUS_SEM0x08//任務(wù)控制塊typedef struct {int8u task_status;//任務(wù)狀態(tài)int8u task_priority;//任務(wù)的優(yōu)先級int8u task_stack_top;//任務(wù)棧頂?shù)刂?保存任務(wù)棧頂?shù)牡刂?int8u task_wait_tick;//任務(wù)延時等待次數(shù)}OS_TCB;#define MAX_TASKS 4//最大的任務(wù)數(shù)量//任務(wù)的優(yōu)先級從小到大一次排列，數(shù)值越小，優(yōu)先級越高#define TASK_STACK_DEPTH 17//最大任務(wù)堆棧深度（2字節(jié)程序地址+13字節(jié)寄存器數(shù)據(jù)+2字節(jié)中斷過程保存字節(jié)）#define NUM_RESISTER_PUSHED 13//人工堆棧中需要被保存的寄存器數(shù)量（這里因?yàn)槭?051，所以有13字節(jié)）extern idata volatile OS_TCB os_tcb[MAX_TASKS];//任務(wù)控制塊列表extern volatile int8u task_running_id;//正在運(yùn)行任務(wù)的標(biāo)號extern volatile int8u os_res_list;//系統(tǒng)資源表，表示哪些資源是否被占用（最大為8個）extern volatile int8u idata task_stack[MAX_TASKS][TASK_STACK_DEPTH];//每個任務(wù)的任務(wù)棧extern volatile int8u task_int_list;//任務(wù)中斷標(biāo)記（最大為8個）extern volatile int8u int_count;//進(jìn)入中斷次數(shù)extern volatile int8u os_en_cr_count;//進(jìn)入臨界區(qū)次數(shù)#define os_enter_critical() {EA=0;os_en_cr_count++;} //進(jìn)入臨界區(qū)#define os_exit_critical() {if(os_en_cr_count>0){os_en_cr_count--;if(os_en_cr_count==0){EA=1;}}}//退出臨界區(qū)//任務(wù)的六種操作void task_create(void (*task)(void),int8u task_priority);void task_delete(int8u task_id);void task_sleep();void task_wake();void task_suspend(int8u task_id);void task_resume(int8u task_id);//系統(tǒng)操作void os_init();//初始化系統(tǒng)void os_start();//開始系統(tǒng)void os_delay(int8u tick);//任務(wù)延時void os_task_idle();//空任務(wù)，具有最低優(yōu)先級#endif//---------------------------------------------------os_core.c---------------------------------------------------------------//#include "os_core.h"#include "task_switch.h"idata volatile OS_TCB os_tcb[MAX_TASKS];//任務(wù)控制塊列表volatile int8u task_running_id;//正在運(yùn)行任務(wù)的標(biāo)號volatile int8u os_res_list;//系統(tǒng)資源表，表示哪些資源是否被占用（最大為8個）volatile int8u idata task_stack[MAX_TASKS][TASK_STACK_DEPTH];//每個任務(wù)的任務(wù)棧volatile int8u task_int_list;//任務(wù)中斷標(biāo)記（最大為8個）volatile int8u int_count;//進(jìn)入中斷次數(shù)volatile int8u os_en_cr_count;//進(jìn)入臨界區(qū)次數(shù)/*********************************************************************************************************任務(wù)操作*********************************************************************************************************/void task_create(void (*task)(void),int8u task_priority) {static int8u i;static int8u task_id;static int8u *stack_point;for(i=0; iMAX_TASKS;i++) {//為任務(wù)分配id和資源（注意，task的id和資源的分配是自動的）if((os_res_list(0x01i))==0) {//如果是空的話，那么會從第0個開始分配，即第一個任務(wù)的ID號肯定是0，也就是空閑任務(wù)ID肯定是0task_id = i;os_res_list|=0x01i;break;}}os_tcb[task_id].task_status = TASK_STATUS_CREATE;//將任務(wù)置于創(chuàng)建態(tài)//為任務(wù)分配堆棧空間stack_point = task_stack[task_id];for(i=0; iTASK_STACK_DEPTH; i++) {//先清除堆棧*(stack_point+i) = 0;}*stack_point = (int16u)task; //任務(wù)低8位給task_stack[task_id][0]stack_point++;*stack_point = (int16u)task>>8; //任務(wù)高8位給task_stack[task_id][1]stack_point += NUM_RESISTER_PUSHED; //將13個寄存器位置保存起來//為任務(wù)添加屬性os_tcb[task_id].task_stack_top = (int8u)stack_point;os_tcb[task_id].task_priority = task_priority;os_tcb[task_id].task_wait_tick = 0;os_tcb[task_id].task_status = TASK_STATUS_RDY;//將任務(wù)置于就緒態(tài)}void task_suspend(int8u task_id) { //掛起一個任務(wù)os_enter_critical();os_tcb[task_id].task_status = TASK_STATUS_SEM;//將該任務(wù)的狀態(tài)置于被掛起的狀態(tài)(由于信號量）os_exit_critical();if(task_id == task_running_id) {os_task_switch(); //調(diào)用一下任務(wù)切換，切換到其它任務(wù)}}void task_resume(int8u task_id) {os_enter_critical();if(os_res_list(0x01task_id) != 0) { //如果要恢復(fù)的任務(wù)存在os_tcb[task_id].task_status = TASK_STATUS_RDY;//將任務(wù)狀態(tài)置于就緒態(tài)os_exit_critical();if(os_tcb[task_id].task_priority  os_tcb[task_running_id].task_priority) {os_task_switch(); //調(diào)用一下任務(wù)切換，切換到優(yōu)先級更高的任務(wù)}}}/*void task_delete(int8u task_id) { //刪除一個任務(wù)os_enter_critical();if(os_res_list(0x01task_id) != 0) { //如果要刪除的任務(wù)存在os_tcb[task_id].task_status = TASK_STATUS_ENDED; //將任務(wù)狀態(tài)置于結(jié)束態(tài)os_res_list = ~(0x01task_id); //釋放任務(wù)使用的堆棧等資源os_tcb[task_id].task_wait_tick = 0;os_exit_critical();os_task_switch();}}*//*********************************************************************************************************系統(tǒng)操作*********************************************************************************************************/void os_init(){ //初始化系統(tǒng)EA = 0;//關(guān)閉總中斷ET2 = 1;//開啟定時器2中斷T2CON = 0x00;//自動重載//T2MOD = 0x00;RCAP2H = 0xD8; //晶振使用12MHZ，定時時間10msRCAP2L = 0xF0;os_res_list = 0x00; //資源全部置空os_en_cr_count = 0; //進(jìn)入臨階段0次task_create((os_task_idle),MAX_TASKS-1);//創(chuàng)建空閑進(jìn)程，優(yōu)先級為MAX_TASKS-1}void os_start(){//開始系統(tǒng)task_running_id = 0;//指示task_idle 為第一個運(yùn)行的任務(wù)os_tcb[task_running_id].task_stack_top -= NUM_RESISTER_PUSHED;//去掉寄存器的堆棧，以免在調(diào)用的時候出現(xiàn)堆棧溢出SP = os_tcb[task_running_id].task_stack_top; //將空閑任務(wù)置于運(yùn)行態(tài)TR2 = 1;//開啟定時器2中斷EA = 1;//開啟總中斷//while(1);//等待定時器中斷的調(diào)用}void os_delay(int8u tick){//任務(wù)延時os_enter_critical();os_tcb[task_running_id].task_wait_tick = tick;//設(shè)置延時節(jié)拍數(shù)os_tcb[task_running_id].task_status = TASK_STATUS_SUSPEND;//將置于處于掛起態(tài)，等待延時os_exit_critical();os_task_switch();os_exit_critical();}void os_task_idle() {//空任務(wù)，具有最低優(yōu)先級//static int8u i;while(1) {//os_enter_critical();//i++;//os_exit_critical();}}//---------------------------------------------------task_switch.h---------------------------------------------------------------//#ifndef __TASK_SWITCH_H__#define __TASK_SWITCH_H__#include "os_core.h"void os_task_switch();//任務(wù)調(diào)度#endif//---------------------------------------------------task_switch.c---------------------------------------------------------------//#include "task_switch.h"void os_task_switch(){//任務(wù)調(diào)度static int8u i;EA = 0;__asm PUSH ACC//保存寄存器__asm PUSH B__asm PUSH PSW__asm PUSH DPH__asm PUSH DPL__asm MOV A,R0__asm PUSH ACC__asm MOV A,R1__asm PUSH ACC__asm MOV A,R2__asm PUSH ACC__asm MOV A,R3__asm PUSH ACC__asm MOV A,R4__asm PUSH ACC__asm MOV A,R5__asm PUSH ACC__asm MOV A,R6__asm PUSH ACC__asm MOV A,R7__asm PUSH ACCos_tcb[task_running_id].task_stack_top = SP;//保存當(dāng)前的堆棧指針//os_tcb[task_running_id].task_status = TASK_STATUS_RDY;//不用在這里修改當(dāng)前任務(wù)的狀態(tài)，已經(jīng)在任務(wù)函數(shù)中修改過了task_running_id = 0;for(i=0; iMAX_TASKS; i++) {if((os_res_list(0x01i)) != 0) {//判斷任務(wù)的資源是否還在使用，即任務(wù)是否還存在if(os_tcb[i].task_status == TASK_STATUS_RDY) {if(os_tcb[i].task_priorityos_tcb[task_running_id].task_priority) {task_running_id = i; //找到優(yōu)先級最高的，而且處于就緒狀態(tài)的任務(wù)，將它置位當(dāng)前要運(yùn)行的任務(wù)}}}}SP = os_tcb[task_running_id].task_stack_top;__asm POP ACC//恢復(fù)寄存器__asm MOV R7,A__asm POP ACC__asm MOV R6,A__asm POP ACC__asm MOV R5,A__asm POP ACC__asm MOV R4,A__asm POP ACC__asm MOV R3,A__asm POP ACC__asm MOV R2,A__asm POP ACC__asm MOV R1,A__asm POP ACC__asm MOV R0,A__asm POP DPL__asm POP DPH__asm POP PSW__asm POP B__asm POP ACCEA = 1;}void timer2_isr(void) interrupt 5 using 1 {int8u i;EA = 0;__asm MOV A,R0__asm PUSH ACC__asm MOV A,R1__asm PUSH ACC__asm MOV A,R2__asm PUSH ACC__asm MOV A,R3__asm PUSH ACC__asm MOV A,R4__asm PUSH ACC__asm MOV A,R5__asm PUSH ACC__asm MOV A,R6__asm PUSH ACC__asm MOV A,R7__asm PUSH ACCTF2 = 0;os_tcb[task_running_id].task_stack_top = SP;task_running_id = 0;for(i=0; iMAX_TASKS; i++) {if((os_res_list(0x01i)) != 0) {//判斷任務(wù)的資源是否還在使用，即任務(wù)是否還存在if(os_tcb[i].task_status == TASK_STATUS_SUSPEND) { //只有被掛起的任務(wù)才能時間減少if(os_tcb[i].task_wait_tick != 0) {os_tcb[i].task_wait_tick--;if(os_tcb[i].task_wait_tick == 0) {os_tcb[i].task_status = TASK_STATUS_RDY;}}}if(os_tcb[i].task_status == TASK_STATUS_RDY) {if(os_tcb[i].task_priorityos_tcb[task_running_id].task_priority) {task_running_id = i; //找到優(yōu)先級最高的，而且處于就緒狀態(tài)的任務(wù)，將它置位當(dāng)前要運(yùn)行的任務(wù)}}}}SP = os_tcb[task_running_id].task_stack_top;__asm POP ACC//恢復(fù)寄存器__asm MOV R7,A__asm POP ACC__asm MOV R6,A__asm POP ACC__asm MOV R5,A__asm POP ACC__asm MOV R4,A__asm POP ACC__asm MOV R3,A__asm POP ACC__asm MOV R2,A__asm POP ACC__asm MOV R1,A__asm POP ACC__asm MOV R0,AEA = 1;}//---------------------------------------------------sem.h---------------------------------------------------------------//#ifndef __SEM_H__#define __SEM_H__#include "os_core.h"#define MAX_SEMS 2typedef struct {int8u os_event_state;//0：不可用，1：可用int8u os_task_pend_tbl;//等待信號量的任務(wù)列表}OS_EVENT;extern volatile OS_EVENT os_sem[MAX_SEMS];void os_task_sem_pend(int8u index);void os_task_sem_post(int8u index);void os_sem_create(int8u index,int8u state);#define os_sem_clean(index) os_sem[index].os_event_state = 0#endif//---------------------------------------------------sem.c---------------------------------------------------------------//#include "sem.h"volatile OS_EVENT os_sem[MAX_SEMS];void os_task_sem_pend(int8u index) {os_enter_critical();if(index MAX_SEMS) {if(os_sem[index].os_event_state!=0) {//信號量可用os_sem[index].os_event_state--;} else {os_sem[index].os_task_pend_tbl |= (0x01task_running_id);task_suspend(task_running_id);}}os_exit_critical();}void os_task_sem_post(int8u index) {int8u i;os_enter_critical();if(indexMAX_SEMS) {for(i=0; iMAX_TASKS; i++) { //找到的i是優(yōu)先級最高且處于等待狀態(tài)的任務(wù)if((os_sem[index].os_task_pend_tbl(0x01i)) != 0) {//如果要恢復(fù)的任務(wù)存在break;}}if(i  MAX_TASKS) {os_sem[index].os_task_pend_tbl = ~(0x01i);task_resume(i);} else {os_sem[index].os_event_state++;}}os_exit_critical();}void os_sem_create(int8u index,int8u state) { //初始化信號量if(index  MAX_SEMS) {os_sem[index].os_task_pend_tbl = 0;os_sem[index].os_event_state = state;}}//---------------------------------------------------main.c---------------------------------------------------------------//#include "os_core.h"#include "task_switch.h"#include "sem.h"void task_1(void) {static int8u i;while(1) {os_task_sem_pend(1);i++;P1 = 0x01(i%8);os_delay(100);os_task_sem_post(1);}}sbit led = P2^1;void task_2(void) {while(1) {os_task_sem_pend(0);os_task_sem_pend(1);led = 1;os_delay(10);led = 0;os_delay(10);os_task_sem_post(0);os_task_sem_post(1);}}void task_3(void) {static int8u j;while(1) {os_task_sem_pend(0);j++;P3 = 0x01(j%8);os_delay(100);os_task_sem_post(0);}}int main(void) {os_init();P1=0;P2=0;P3=0;os_sem_create(0,1);os_sem_create(1,1);task_create((task_2),0);task_create((task_1),1);task_create((task_3),2);os_start();return 0;} 

總結(jié):
在51單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)是我們不常討論的話題，其實(shí)操作系統(tǒng)還是有蠻大的用處的，上次我寫了一篇文章：一個簡單的51單片機(jī)操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，連接是：http://www.51hei.com/mcu/1325.html，這篇其實(shí)是對上篇文章的補(bǔ)充.實(shí)現(xiàn)更多的一些功能，希望大家多多指點(diǎn)啊.

實(shí)現(xiàn)了任務(wù)的互斥，使得兩個任務(wù)之間能夠互斥運(yùn)行，但是不能是兩個以上，因?yàn)橄到y(tǒng)采用的是搶占式的中斷調(diào)度，所以兩個以上任務(wù)公用一個信號量，會出現(xiàn)優(yōu)先級較低的那個任務(wù)出現(xiàn)饑餓的情況。
任務(wù)的實(shí)時性是很有保障的，因?yàn)閮?nèi)部函數(shù)比較簡單，所以不存在嵌套中斷的說法。
計(jì)算一下程序使用的RAM，一共使用大概101字節(jié)，剩余107字節(jié)可用，感覺還不錯.
現(xiàn)在已經(jīng)成功地實(shí)現(xiàn)信號量的功能。
剩下的還有郵箱、事件、內(nèi)存等等了，不過由于8051RAM空間還是小了些，如果能擴(kuò)充到4KB以上，發(fā)展?jié)摿Φ故菚泻艽蟮奶岣?，不過外置RAM肯定速度上比不了內(nèi)置的。
自己動手做51操作系統(tǒng)現(xiàn)在暫時告一段落，操作系統(tǒng)還是在片上資源豐富的系統(tǒng)上用比較好，不過STC的那個最NB的STC90C516AD擁有4KB的RAM和62KB的ROM用起來也可以的。價格也不貴,有空再去嘗試...
當(dāng)任務(wù)多了的時候，任務(wù)的配置模塊也很多，RAM里面84%以上的空間都是用于任務(wù)的各種屬性的配置，包括任務(wù)堆棧和任務(wù)的互斥。
希望接下來的復(fù)習(xí)能夠更加認(rèn)真！?。‖F(xiàn)在算是了卻了我內(nèi)心中的一樁心愿吧，真正實(shí)現(xiàn)了自己的操作系統(tǒng)?。。。üδ軈T乏，只有進(jìn)程調(diào)度和互斥實(shí)現(xiàn))

現(xiàn)在我才知道鏈表的操作是多么地耗費(fèi)內(nèi)存.創(chuàng)建一個指針就要3個字節(jié),如果搞個鏈表出來,包括結(jié)構(gòu)體,在資源不那么豐富的8051上(操作系統(tǒng)中),簡直是宰牛用殺雞刀,完全吃不消.但是如果是AVR或者ARM等片上資源豐富的單片機(jī),那就不存在了.

為什么手機(jī)的操作系統(tǒng)里面一個安裝文件動不動就幾MB的大小,為什么Android中的程序動不動就占用幾MB的內(nèi)存?

這就和操作系統(tǒng)有很大關(guān)系了,創(chuàng)建一個任務(wù),給它定義進(jìn)程控制塊,堆棧,還要包括它的GUI,別看圖形界面特別簡單,實(shí)際上采用圖形界面還是相當(dāng)吃內(nèi)存的.在進(jìn)程切換中,保存堆棧和一些進(jìn)程信息,這又得占用一部分內(nèi)存.Android因?yàn)椴捎锰摂M機(jī)的緣故,這虛擬機(jī)它也得吃內(nèi)存啊,開個程序就有個虛擬機(jī)跟著,速度當(dāng)然不如symbian了.可惜symbian內(nèi)存和cpu的頻率比較低...

所以內(nèi)存占用和系統(tǒng)任務(wù)的個數(shù)是線性關(guān)系的.當(dāng)某個程序比較大,它占用內(nèi)存越多,而且可能會頻繁地讀取內(nèi)存,這樣就會造成其它程序速度變慢.這就是為什么在聽歌的時候,上網(wǎng)有時會有點(diǎn)卡的原因之一.

系統(tǒng)啟動的時候,會把程序加載進(jìn)入內(nèi)存中,當(dāng)需要加載的程序數(shù)量過多時,自然就會比較卡.所以開機(jī)的時候會有一段延遲.