多任务实时操作系统RTX51 Tiny的概念和应用问题探究

来源：单片机与嵌入式系统应用，作者：贾水英 ， 杨建红 ， 谢宏伟

引言

μVision是德国Keil公司开发的单片机IDE软件，最初主要用于8051系列单片机，目前也有支持ARM系列单片机的专用版本MDK-ARM。RTX51是其自带的运行于8051系列单片机上的小型多任务实时操作系统，可用来设计具有实时性要求的多任务软件。 RTx51有2个版本：RTX51 Tiny和RTX51 Full。RTX51 Tiny是RTX51 Full的子集。RTX51 Tiny自身仅占用900字节左右的程序存储空间，可以很容易地运行在没有外部扩展存储器的8051单片机系统上。

目前在8051系列单片机上使用多任务实时操作系统，绝大多数应用都选择了RTX51 Tiny。本文就其在实际应用中的一些概念和具体问题进行了探讨。RTX51Tiny内核的版本为1．06，C51编译器版本为7．50。

1 RTX51 Tiny中有没有主程序的问题

一般来说，C语言中主程序就是指main（）函数。参考文献［3］称RTX51 Tiny没有主程序，其实这是一种误解。实际上RTX51 Tiny的主程序是以汇编代码的形式位于Rtx51tny．A51文件中，在程序的最后：

在通常的应用中，一般都是将RTX51 Tiny内核做成lib文件，使用的时候直接调用相应的系统函数即可，在应用程序中没有体现，用户也无需关心。这造成了一部分用户的误解，以为RTX51没有main（）函数。

另外，参考文献［4］提到，使用RTX51 Timy时用户程序中不需要包含main（）函数，它会自动从任务0开始运行；如果用户程序中包含main（）函数，则需要利用os_cre- ate_task（）函数来启动RTX51实时操作系统。这段话前一部分是正确的，前文也对此做了解释。但后一部分则值得商榷。在RTX51操作系统中，是存在main（）函数的，只不过存在于库文件RTX51tny．lib之中，用户的应用程序中不能再包含main（）函数。任务0为应用程序的入口，所有其他任务都在任务0中创建。

2 存储空间占用

RTX51tiny操作系统小巧精悍，能极大地提高程序的可读性及可维护性，但也占用了一定的存储空间。这是一种以空间换取性能的办法。由于 RTX51操作系统占用了存储空间，如果不外扩存储器，则至少需要8052系列以上的单片机。在Keil自带的帮助文件GS51．PDF中，对比做了详细的介绍。其中有关存储空间方面的信息是：RAM需求为7字节DATA，外加每个任务占用3字节IDATA空间；代码量（即ROM）约900字节。

3 关于使用os_wait（）函数定时的问题

RTX51 Tiny内核中，TIMESHARING的默认值为5，以外部时钟振荡器频率为12 MHz计算，任务轮转时间为50 ms。如果想定时1个30 ms的时间间隔，在任务比较重时，使用os_wait（K_TMO，3，0）将得不到准确的结果。因为别的任务的执行时间已经占据了1个任务的轮转时间 50 ms，超出了20 ms。如果任务比较多，同时任务的负担都比较重，相应的误差时间会更大。

RTX51 Tiny使用os_wait（）函数作定时，只有当系统任务较轻时，使用os_wait（K_IVL，count，0）和 os_wait（K_TMO，count，0）才能达到一致的效果；而在任务较重时，使用这2个函数所得到的结果会有很大差别。参考文献［5］对此做了详细介绍，此处只作简单补充。

事实上，用户程序的运行是阵发性的，在一段时间内任务会比较繁忙，而在另一段时间可能会处于空闲状态。如果使用 os_wait（K_TMO，count，0）函数进行定时，则在不同的时间段会得到不同的结果。所以，要实现较为精确和稳定的定时，最好还是使用 os_wait（K_IVL，count，O）函数，而不是os_wait（K_TMO，count，O）。除非延时时间很长，如超过了所有任务的轮转时间总和，os_wait（K_IVL，count，O）和os_wait（K_TM0，count，O）的延时效果才会相同。

4 INT_CLOCK的设置与延时计算

RTX5 Tiny中与延时相关的2个参数为INT_CLOCK和TIMESHARING。先来看Rtx5ltny．A51源程序中的一段：

从上面的程序段可以看出，RTX51 Tiny内核使用Timer0作为硬件定时器，Timer0工作在方式1（16位计数方式）。因此，如果想增加定时器溢出时间，可以修改INl_CLOCK的定义。但不能无限制地增大，最大只能到216一1，即65 535。如果单片机采用12 MHz的晶振，则每次定时器溢出的最长时间为65．535ms。如果INT_CLOCK的定义值超过了这个数据，并不能达到预期的结果。例如，把 INT_CLOCK定义为100 000（Oxl86AOH），那么实际上INT_CLOCK为34 464（Ox86AOH）。本来是想定时100 ms，实际上得到的却是34．4 ms。因此，在设置具体延时时间时必须仔细计算。

系统的任务轮转时间等于每次定时器溢出时间与TIMESHARING的乘积。因此，要将系统的任务轮转时间设置为特殊的时长，可以通过INT_CLOCK与TIME-SHARING两个参数的不同组合来实现。不过在一般的应用当中，都是采用其系统的默认值，无须修改。

5 修改内核配置的基本过程

RTX51TNY．A51为RTX51 Tiny的核心程序，包括所有的函数定义，不需要改动。通常改动的是配置程序CONF_TNY．A51，主要内容如下。

INT_REGBANK EQU 1：定时器中断时使用的寄存器组默认值是寄存器组1，一般无需改动。

INT_CLOCK EQU 10000：硬件定时器零TimerO的溢出时间，即1个滴答（tick）的时间长度。默认值是10 000个机器周期。对于传统的MCS51单片机来说，1个机器周期为12个时钟周期。如果采用12 MHz的晶振，那么每个机器周期将为lμs，1个滴答的时长为10 ms。

TIMESHARING EQU5：定义时间片轮转（round-robin timeout）时间，默认值为5个滴答（1个滴答为Tim—erO的1次溢出）。如果INT_CLOCK为10 000，时钟频率为12 MHz，则1个时间片的轮转时间为50 ms，即每个任务每次最大可获得的执行时间为50 ms。如果TIME-SHARING定义为O，则禁止时间片轮转。

RAMTOP EQU 0FFH：定义CPU堆栈可使用的最高RAM地址，默认值为地址OFFH（256-1）。FREE_STACK EQU 20：配置堆栈大小为20字节，默认值为20（经常需要改动）。用户可根据自己的实际需要进行修改，一般情况下需要配置或修改的内容主要有 INT_CLOCK、TIMESHAR-ING、FREE_STACK。

6 其他需要注意的问题

①堆栈的大小要设置得合适，太大浪费资源，太小又会出现堆栈错误。在系统运行中，有时会发现程序总在某一处死循环，而从逻辑上却常常分析不出问题之所在，很有可能是堆栈溢出。在conf_tny．a51中有个非常重要的宏STACK_ERROR，其源程序如下：

通过仿真发现，程序会在此处死循环。

（Conf_tny．a51）FREE_STACK EQU 20：配置堆栈大小为20字节，默认值为20。选择合适的堆栈大小，即设置合适的FREE_STACK值，可达到最佳效果。

②同堆栈一样，轮转时间片的长度也不宜设置得过大或过小。设置得过大，则一些持续时间较短的事件无法响应。如果轮转时间设置得过小，则CPU的很大一部分功能被消耗在任务切换上了；如果任务多，处理时间长，无疑会无形中增加系统的负担。需要根据具体的需要权衡。

结语

本文从具体的内核分析出发，对使用RTX51 Tiny操作系统时的一些概念和应用中的问题进行了阐述和澄清，使大家对RTX5l Tiny有更为清晰的认识。RTX51 Tiny微操作系统的使用，可以使用户把更多的精力关注在应用本身而无需考虑复杂的底层驱动。而且整个应用软件系统结构清晰，维护方便，可节省大量的时间和人力。当程序比较复杂时，它的优点就体现得更明显。然而，由于硬件资源及其自身的限制，对于功能复杂、要求较高的应用来说，就显得有些吃力了，用户需要自己编写功能扩展程序。无论如何，它仍然是8位单片机应用中操作系统的首选。

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