一个简单的51单片机操作系统的实现

    复习到操作系统这本书，在看到进程管理的时候，想起以前费了相当大的时间去做一个属于自己的操作系统，结果什么都没弄出来。

趁着看到这个章节，又一次地萌生了这个想法，于是网上各种寻找资料。发现现在的大多数操作系统都已经比较完善，换而言之，就是太庞大。无法去理解，无法自己照搬原文去弄一个属于自己的操作系统出来。

       机缘偶得之下，发现了一篇关于在单片机下面实现一个实时操作系统的文章， 即《建立一个属于自己的AVR的RTOS》，这篇文章比起讲什么操作系统原理、unix内核分析、linux内核分析、xx内核分析等等来说，简单明了了很多(有兴趣的同学们可以去研究一下这篇文章)。在参考这篇文章以及在51单片机下面使用汇编语言编程，以及众多网上资料之后。总结地写出了一个"在51单片机下具有延时功能占先式内核的操作系统“，并仿真成功，加深了我对操作系统这个东西的小小理解。下面附上程序代码以及实现。
如果网页复制代码有错误，操作系统的完整代码请从这里下载：http://www.51hei.com/f/12545.rar

以下是部分代码：

#include <regx52.h>

#define MAX_TASKS 5

typedef struct os_task_control_table {
unsigned char os_task_wait_tick;
unsigned char os_task_stack_top;
}TCB;

volatile unsigned char int_count;
volatile unsigned char os_en_cr_count;
#define enter_int() EA=0;int_count++;
#define os_enter_critical() EA=0;os_en_cr_count++;
#define os_exit_critical() if(os_en_cr_count>=1){os_en_cr_count--;if(os_en_cr_count==0)EA=1;}
unsigned char code os_map_tbl[] = {0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80};

volatile unsigned char os_task_int_tbl;
idata volatile TCB os_tcb[MAX_TASKS];
volatile unsigned char os_task_running_id;
volatile unsigned char os_task_rdy_tbl;
unsigned char idata os_task_stack[MAX_TASKS][20];

void os_init(void);
void os_task_create(unsigned char task_id ,unsigned int task_point,unsigned char stack_point);
void os_delay(unsigned char ticks);
void os_start(void);
void os_task_switch(void);
void exit_int(void);

void os_init(void) {
EA = 0;
ET2 = 1;
T2CON = 0X00;
T2MOD = 0X00;
RCAP2H = 0x0D8;
RCAP2L = 0x0F0;
os_task_rdy_tbl = 0;
os_task_int_tbl = 0xff;
int_count = 0;
os_en_cr_count = 0;
}

void os_task_create(unsigned char task_id ,unsigned int task_point,unsigned char stack_point) {
os_enter_critical();
((unsigned char idata *)stack_point)[0] = task_point;
((unsigned char idata *)stack_point)[1] = task_point>>8;
os_tcb[task_id].os_task_stack_top = stack_point+14;
os_task_rdy_tbl |= os_map_tbl[task_id];
os_tcb[task_id].os_task_wait_tick = 0;
os_exit_critical();
}

void os_delay(unsigned char ticks) {
os_enter_critical();
os_tcb[os_task_running_id].os_task_wait_tick = ticks;
os_task_rdy_tbl &= ~os_map_tbl[os_task_running_id];
os_exit_critical();
os_task_switch();
}

void os_start(void) {
os_task_running_id = 0;
os_tcb[os_task_running_id].os_task_stack_top -= 13;
EA = 1;
SP = os_tcb[os_task_running_id].os_task_stack_top;
TR2 = 1;
}

void os_task_switch(void) {
unsigned char i;
EA = 0;
os_tcb[os_task_running_id].os_task_stack_top = SP;
os_task_int_tbl &= ~os_map_tbl[os_task_running_id];
for(i=0; i<MAX_TASKS; i++) {
if(os_task_rdy_tbl&os_map_tbl[i]) {
break;
}
}
os_task_running_id = i;
SP = os_tcb[os_task_running_id].os_task_stack_top;
if(os_task_int_tbl&os_map_tbl[os_task_running_id]) {
__asm POP 7
__asm POP 6 //恢复任务寄存器
__asm POP 5
__asm POP 4
__asm POP 3
__asm POP 2
__asm POP 1
__asm POP 0
__asm POP PSW
__asm POP DPL
__asm POP DPH
__asm POP B
__asm POP ACC
}
EA = 1;
__asm RETI
}

void exit_int(void) {
unsigned char i;
SP -= 2;
if(--int_count == 0) {
os_tcb[os_task_running_id].os_task_stack_top = SP;
os_task_int_tbl |= os_map_tbl[os_task_running_id];
for(i=0; i<MAX_TASKS; i++) {
if(os_task_rdy_tbl&os_map_tbl[i]) {
break;
}
}
os_task_running_id = i;
SP = os_tcb[os_task_running_id].os_task_stack_top;
if(os_task_int_tbl&os_map_tbl[os_task_running_id]) {
__asm POP 7
__asm POP 6 //恢复任务寄存器
__asm POP 5
__asm POP 4
__asm POP 3
__asm POP 2
__asm POP 1
__asm POP 0
__asm POP PSW
__asm POP DPL
__asm POP DPH
__asm POP B
__asm POP ACC
}
EA = 1;
__asm RETI
}
__asm POP 7
__asm POP 6 //恢复任务寄存器
__asm POP 5
__asm POP 4
__asm POP 3
__asm POP 2
__asm POP 1
__asm POP 0
__asm POP PSW
__asm POP DPL
__asm POP DPH
__asm POP B
__asm POP ACC
EA=1;
__asm RETI
}

void timer2_isr(void) interrupt 5 {
unsigned char i;
TF2=0;
enter_int();
for(i=0; i<MAX_TASKS; i++) {
if(os_tcb[i].os_task_wait_tick) {
os_tcb[i].os_task_wait_tick--;
if(os_tcb[i].os_task_wait_tick == 0) {
os_task_rdy_tbl |= os_map_tbl[i];
}
}
}
exit_int();
}

void task_0(void) {
while(1) {

}
}

sbit seg2 = P2^5;
sbit seg3 = P2^6;
sbit seg4 = P2^7;

void delay_ms(unsigned int xms){
unsigned int x,y;
for(x=xms; x>0; x--)
for(y=248; y>0; y--);
}
unsigned char code table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71,0x40,0};
void task_1(void) {
unsigned char gw,sw,bw;
while(1) {
bw = os_tcb[2].os_task_wait_tick/100;
sw = os_tcb[2].os_task_wait_tick%100/10;
gw = os_tcb[2].os_task_wait_tick%10;
P0 = table[bw];
seg2=0;
delay_ms(3);
seg2=1;
P0 = table[sw];
seg3=0;
delay_ms(3);
seg3=1;
P0 = table[gw];
seg4=0;
delay_ms(3);
seg4=1;
}
}

void task_2(void) {
unsigned char i;
while(1) {
i++;
P3 = 0x01<<(i%8);
os_delay(200);
}
}

void task_3(void) {
unsigned char i;
while(1) {
i++;
//P2 = 0x01<<(i%8);
os_delay(7);
}
}

void task_4(void) {
unsigned char i;
while(1) {
i++;
P1 = 0x01<<(i%8);
  os_delay(10);
}
}

void main(void) {
os_init();
os_task_create(4,(unsigned int)&task_0,(unsigned char)os_task_stack[4]);
os_task_create(3,(unsigned int)&task_1,(unsigned char)os_task_stack[3]);
os_task_create(2,(unsigned int)&task_2,(unsigned char)os_task_stack[2]);
os_task_create(1,(unsigned int)&task_3,(unsigned char)os_task_stack[1]);
os_task_create(0,(unsigned int)&task_4,(unsigned char)os_task_stack[0]);
os_start();
}

实现的图片：

讲解一下实现的内容：

task_0是个空循环

task_1的作用是提取task_2的等待时间，显示在数码管上

task_2是在P3口上的跑马灯（2秒跑一个灯)

task_3是单纯地调用任务延时

task_4在P1口上的跑马灯（100ms跑一个灯)

程序使用定时器2计数器产生的中断作为时钟源，时钟的节拍是10ms一次。

当然这个渺小的操作系统只实现了一些相当基本的功能：多任务和系统延时以及抢占优先级。还有信号量、内存管理、事件、邮箱等等机制尚未实现，但是懂了这个基础内容之后，其它的东西，都是在上面做扩充的。

记得在一篇资料里面听到过这个：会写状态机的程序员，肯定会写操作系统。这句话到现在觉得相当正确。操作系统就是一个另类的状态机，人为地干预了子程序调用和返回的过程。庆幸当年的汇编没白学，操作系统需要懂得一些基本的硬件结构，汇编，C语言，当懂得这些之后，再去网上多搜索点相关的资料，并且自己去用代码一行行实现，加以时日，操作系统便能轻松地玩转与手.

在此，感谢黄健昌在网上的发表的《 建立一个属于自己的AVR的RTOS》，这篇文章让我对RTOS有了一个浅显的了解

风城少主发表的《建立一个属于自己的51实时操作系统》，指导我在熟悉的51单片机上实现这个操作系统。

芯源老师的《芯源的单片机教程》为我提供了51单片机汇编及其硬件架构的深入了解。

感谢http://www.51hei.com/mcu/1111.html 这个作者的激励与鼓励

真诚地感谢上面提及的人，让我能够入门操作系统，进而了解到什么是嵌入式操作系统，怎么去具体实现。

相关文章