RTX51 Tiny内核在实际应用中的概念和问题探讨

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。TX51 TINY是RTX51 FULL的子集，仅支持按时间片循环任务调度，支持任务间信号传递，最大16个任务，可以并行地利用中断。具有以下等待操作：超时、另一个任务或中断的信号。但它不能进行信息处理，不支持存储区的分配和释放，不支持占先式调度。RTX51 TINY一个很小的内核，完全集成在KEIL C51编译器中。更重要的是，它仅占用800字节左右的程序存储空间，可以在没有外放数据存储器的8051系统中运行，但应用程序仍然可以访问外部存储器。RTX51 TINY下文简称为内核。

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。实际上RTX51 Tiny的主程序是以汇编代码的形式位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。

内核完全集成在KEIL C51编译器中，以系统函数调用的方式运行，因此可以很容易地使用KEIL C51语言编写和编译一个多任务程序，并嵌入到实际应用系统中。

另外，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。

主要完成os_wait函数。任务调用os_wait函数，挂起当前任务，等待一个或几个间隔（K_IVL）、超时（K_TMO）、信号（K_SIG）事件。如果所等待的事件已经发生，继续执行当前任务；如果所等待的事件没有发生，则置相应的等待标志后，挂起该任务，转任务切换程序段（switchingnow）切换到下一任务。

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

RTX51 TINY的用户任务具有以下几个状态。（1）RUNNING：任务处于运行中，同一时间只有一个任务可以处于“RUNNING”状态。（2）READY：任务正在等待运行，在当前运行的任务时间片完成之后，RTX51 TINY运行下一个处于“READY”状态的任务。（3）WAITING：任务等待一个事件。如果所等待的事件发生的话，任务进入“READY”状态。（4）DELETED：任务不处于执行队列。（5）IME OUT：任务由于时间片用完而处于“TIME OUT”状态，并等待再次运行。（6）该状态写“READY”状态相似，但由于是内部操作过程使一个循环任务被切换而被冠以标记。

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

以上分析可以看到这个内核简洁高效，非常适合于运行在资源较少的单片机上。根据其设计思想，我们也很容易把它移植到其它单片机上。但是它也有缺陷，例如：不支持外部任务切换；不支持用户使用定时器T0等。这些缺陷的存在，限制了任务切换的灵活性。

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