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嵌入式應用軟件任務劃分的原則

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞: 嵌入式,應用軟件,任務劃分

      本人憑借多年的嵌入式系統開發經驗給出了劃分任務的3個原則,分別是“對同一個外設的訪問放在一個任務中”、“通過任務分割提高系統的實時性”和“軟件工程中的‘解耦原則’用于任務的劃分”。實踐證明,這些任務劃分的原則是行之有效的。另外,從實用的角度給出了編寫基于RTX51 Tiny實時操作系統應用軟件的指導方針。實際上,RTX51 Tiny實時操作系統對目標系統的硬件需求是很低的,隨著半導體技術的發展,能夠運行嵌入式實時操作系統的單片機芯片是很容易采購得到的。

      嵌入式研發中心是國內最早進入嵌入式技術研發和應用推廣的技術型企業之一,成立以來在專注于嵌入式底層應用技術的研究和開發的同時為廣大客戶提供嵌入式系統開發技術、嵌入式解決方案和嵌入式產品(嵌入式開發板、ARM開發板、ARM9開發板、ARM開發工具、ARM仿真器和ARM工控板、arm實驗儀等)。

      人們越來越清楚地認識到,在嵌入式系統設計中引入實時操作系統的必要性。在許多嵌入式系統中,不但要求系統能夠及時響應隨機發生的外部事件,并對其作出快速處理,通常還需要同時執行多個任務,并對每個任務作出實時響應。實踐證明,對于這樣的應用,采用嵌入式實時操作系統作為應用軟件的設計平臺和運行平臺是一個良好的選擇。

      在基于實時操作系統(RTOS,RealTime Operating System)的單片機應用軟件設計中,“任務”是一個很重要的概念。有專家指出,把一個應用系統分為多少個任務且定義每一個任務各負責什么事情,這是一門藝術。

      對于任務的劃分,并沒有一個人人都要遵守的規則,不同的嵌入式開發工程師來設計一個同樣規格要求的系統,會有不同的方案。然而,到目前為止,很難看到有關論文對任務劃分的方法有比較詳細而系統的介紹。本文將深入研究劃分任務的方法,并在此基礎上,從實用的角度給出編寫基于RTX51 Tiny實時操作系統的應用軟件的指導方針。

      1、任務的概念和應用軟件開發過程

      在嵌入式實時多任務系統開發中,用C語言代碼表示的任務是一個無限的循環程序。任務不能有返回,不能有退出出口,但是任務可以被殺死,包括被別的任務殺死或自殺[2]。任務的概念與操作系統中的進程概念相同,一個任務是獨立的執行進程,可以與其他的并發任務競爭CPU時間。

      基于RTOS的單片機應用軟件開發過程:首先是根據系統設計方案明確應用軟件的功能,然后結合RTOS的并發特性(或準并發特性),對應用軟件要實現的功能進行大小適當的劃分,也就是把應用軟件的功能按照一定的原則劃分為若干個任務模塊,并對各個任務間的通信和時延進行仔細的確認。

      2、任務劃分的原則

      任務劃分有3個原則,分別介紹如下。

      2.1 原則1:將同一個外設的訪問放在一個任務中。

      2.2 原則2:是要通過任務分割提高系統的實時性。

      在嵌入式多任務實時系統中,任務是指一個程序分段。這個程序分段被操作系統當作一個基本單元來調度。典型地,每個任務都是一個無限的循環。

      2.3 原則3:是要將軟件工程中的“解耦原則”用于任務劃分。

      可以采用軟件工程中的解耦原則對應用程序進行任務的劃分。任務之間的耦合是影響軟件復雜程度的一個重要因素,應該采取下述設計原則:盡量使用數據耦合,少用控制耦合和特征耦合,限制公共環境耦合的范圍,完全不用內容耦合。具體方法可參見軟件工程方面的書籍。

      3、基于RTX51 Tiny的應用軟件設計指導

      RTX51是一個德國Keil Software公司開發的用于8051系列單片機的多任務實時操作系統。RTX51有2個不同的版本。

      (1)完全版RTX51 Full

      (2)小型版RTX51 Tiny

      基于RTX51 Tiny實時操作系統的單片機應用軟件設計,首先應該根據RTX51 Tiny操作系統的準并發特性,對應用軟件要實現的功能進行大小適當的劃分——按照上述3個原則劃分為若干個任務模塊,并對各個任務間的通信和時延進行仔細的確認。

      編寫基于RTX51 Tiny的應用軟件的指導方針如下:

      ① 包含頭文件rtx51tny.h在應用程序中。

      ② 不要寫C語言主函數main()。RTX51 Tiny操作系統內核中已經有它自己的主函數main()。

      ③ 應用程序應該至少包括1個任務函數(task function)。

      ④ RTX51 Tiny應用程序必須中斷使能(EA=1),因為RTX51 Tiny操作系統使用了定時器T0中斷。

      ⑤ 應用程序至少調用1個RTX51 Tiny系統函數(如os_wait);否則,鏈接器將不會把RTX51 Tiny的系統庫包含到應用程序中。

      ⑥ 任務task0是應用程序中第一個執行的函數。在任務task 0中,必須調用os_create_task函數來運行其他任務。

      ⑦ 任務task函數不必退出或返回。任務task必須使用一個while(1)結構或其他類似的結構。任務task函數不帶參數,也沒有返回值。使用系統函數os_delete_task掛起(halt)一個運行的任務。

      ⑧ 中斷服務程序的編寫方式,與不使用RTX51 Tiny操作系統下的編寫方式相同。

      ⑨ 編譯和鏈接應用程序有2種途徑,一種是使用集成開發環境μVision 2 IDE,另一種是使用命令行工具CommandLine Tools。一般采用德國Keil Software公司提供的集成開發環境Vision 2 IDE。

    (審核編輯: 智匯小新)

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