CN101826032B - 一种高效实时多任务操作系统内核 - Google Patents

Abstract

一种高效实时多任务操作系统内核。基于对8051结构的多组通用寄存器的资源分配，避免了任务调度时对通用寄存器组的保护及恢复，从而实现了一个高效的实时多任务操作系统内核。以通用寄存器组划分任务，每组通用寄存器组只供一个任务使用；以中断或非中断驱动任务调度，在任务调度时只保存特殊寄存器内容(A，B，PSW，DPTR，PC)；每个任务的特殊寄存器组有各自的内容映射区；每次调度任务时，先将该任务状态字找出被调度的任务在内存映射区的偏移量，并将该任务的特殊寄存器恢复，即恢复该任务的断点及断点处状态及特殊寄存器值；由于PSW包含了通用寄存器组的信息，且各个任务只使用各自的通用寄存器组，故不需保护及恢复通用寄存器组，从而大大提高了执行速度。

Description

一种高效实时多任务操作系统内核

技术领域

本发明涉及计算机技术，特别是嵌入式单片机技术。

技术背景

在电力电子应用中，电源控制一般在10KHz-50KHz电压电流闭环；电机调速一般在1KHz-10KHz闭环。速度闭环一般在50-500Hz闭环。另外还有I/O处理，通讯，界面等不同速度等级的任务。采用常规的顺序执行加中断的方法，一般都要采用DSP才能达到要求。本发明基于对8051结构的多组通用寄存器的资源分配，避免了任务调度时对通用寄存器组的保护及恢复，从而实现了一个高效的实时多任务操作系统内核。在一个20MIPS的增强型8051单片机上，本内核执行速度仅为10μs。

发明内容

本发明针对实时多任务的工业控制要求，提出了一种基于8051的高效实时多任务操作系统内核。其特征是，以通用寄存器组划分任务，每组通用寄存器组只供一个任务使用；以中断或非中断驱动任务调度，在任务调度时只保存特殊寄存器内容(A，B，PSW，DPTR，PC)；每个任务的特殊寄存器组有各自的内容映射区；每次调度任务时，先将该任务状态字找出被调度的任务在内存映射区的偏移量，并将该任务的特殊寄存器恢复，即恢复该任务的断点及断点处状态及特殊寄存器值；由于PSW包含了通用寄存器组的信息，且各个任务只使用各自的通用寄存器组，故不需保护及恢复通用寄存器组，从而大大提高了执行速度。

附图说明

图1为为各个任务所分配的通用寄存器组及特殊寄存器组的内存映射。由于资源的限制，将RB3由Task3及中断共享，即Task3只能使用RB3的R0-R3，而中断只能使用RB3的R4-R7。

图2为对应一个任务的特殊寄存器的内存映射区结构。

图3为系统程序流程图。

图4为每个任务的程序流程图。

图5为中断处理中的任务调度流程图。

具体实施方法

如图1所示，将4组通用寄存分别分配给Task0，Task1，Task2，Task3。其中，由于资源限制，RB3由Task3及中断分享，即R0-R3给Task3，R4-R7给中断使用。图2给出了对应于每一个任务的特殊寄存器内存映射的结构，

由于PSW.4及PSW.3选择了通用寄存器组，故该两位也就决定了任务号。

图3为系统程序结构图。我们看到，各个框图间没有直接联系。任务调度可以由中断完成，也可以在每个任务结束时完成。

图4为一个任务的基本结构。除去常规的事件处理程序外，每个任务可以处理所有任务的状态位。我们规定TaskSta.0，TaskSta.1，TaskSta.2，TaskSta.3分别表示Task0，Task1，Task2，Task3的状态，“1”为激活，“0”为挂起，并且规定优先级为Task0，Task1，Task2，Task3递减。每次本任务结束时，即消除该状态位。

图5为中断程序的任务调度流程图。将PSW.4及PSW.3做为偏移量，即可找出当前任务的内存映射区，并将当前任务的特殊寄存器内容保存。任务状态位则可以在中断中处理，也可以在普通任务中处理。根据任务状态字，即可找出目前优先级最高的任务号；将该任务的特殊寄存器从内存映射区中恢复，退出中断时该任务便自动从上次断点处原状态执行。

下面列出了一个典型的主程序和任务调度原码。可以看到，各个任务在程序结构上完全解耦。

CSEG     AT 200H

task0：  ；800Hz

call     pwm_con0

call     tx_sub0

call     filter0

INCA     ModuleCnt

INCA     StateCnt

mov      DPTR，#task0

inc      TBase0

mov      A，TBase0

anl      A，#0FH

ENDT_NZ  #0FEH

orl      TaskSta，#2    ；Task1 is activated

anl      TaskSta，#0FEH

DESP_TASK

ret

；-------------------------------------------------

task1：    ；50Hz

call       load_mon 1    ；monitoring discharge rate

call       clock

mov        DPTR，#task1

inc        TBase1

mov        A，TBase1

anl        A，#07H

ENDT_NZ    #0FDH

orl        TaskSta，#04    ；activate Task2

anl        TaskSta，#0FDH

DESP_TASK

ret

；-------------------------------------------------

task2：    ；6.25Hz

call       tx_sub2

call       led_sub2

mov DPTR，#task2

DECAS CntRev，RevOF

anl   TaskSta，#0FBH

DESP_TASK

ret

；-------------------------------------------------

task3：

mov    DPTR，#task3

DESP_TASK

ret

DESP_TASK MACRO

local  loop

mov    A，PSW           ；save the current PC

anl    A，#18H

orl    A，#TaskBuf+6    ；+6/7 for PC

mov    R0，A            ；get the return address for current task

mov    R0，DPH         ；PCH(taskn)

inc    R0

mov    R0，DPL         ；PCL

mov    A，TaskSta

mov    R0，#0FFH

loop：

inc    R0

rrc    A

jnc    loop

mov    A，R0

rl     A

rl     A

rl     A                ；PSW.3/.4 are the RS0/1

anl    A，#18H

orl    A，#TaskBuf+7    ；get buffer address of the chosen task

mov    R0，A

mov    A，R0           ；recovery

push   ACC              ；PCL into stack

dec    R0

mov    A，R0

push   ACC              ；PCH

dec    R0

mov    DPL，R0         ；DPL

dec    R0

mov    DPH，R0         ；DPH

dec    R0

mov    B，R0           ；B

dec    R0

mov    A，R0           ；A

push   ACC              ；into stack as well

dec    R0

mov    A，R0           ；R0-not the current R0！

push   ACC              ；into stack as well

dec    R0

mov    PSW，R0         ；PSW-register bank changed

pop    ACC

mov    R0，A            ；R0 recovered

pop    ACC               ；A recovered

ENDM

Claims (2)

1.一种基于8051单片机的多任务操作系统设计方法，其特征是，该多任务操作系统设计方法，具体为以通用寄存器组划分任务，每组通用寄存器组只供一个任务使用；以中断或非中断驱动任务调度，在任务调度时只保存特殊寄存器内容;每个任务的特殊寄存器组有各自的内容映射区；每次调度任务时，先将该任务状态字找出被调度的任务在内存映射区的偏移量，并将该任务的特殊寄存器恢复，即恢复该任务的断点及断点处状态及特殊寄存器值。

2.如权利要求1所述的多任务操作系统设计方法，可以移植到任何具有多组通用寄存器组的单片机上。

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