基于MSP430單片機的實時多任務操作系統

基于MSP430單片機的實時多任務操作系統

摘要：實時多任務操作系統(RTOS)能有效提高嵌入式平臺的資源利用效率，是嵌入式應用的必然趨勢。本文闡述基于MSP430F149的RTOS——M430/OS。它由匯編寫成、短小精干、占用系統資源少、運行穩定可靠，目前已在思達高科配網技術公司產品上得到應用。

引 言

1 在MSP430上使用RTOS的意義

　　一般的觀點認為，MSP430上使用RTOS是沒有意義的這是可以理解的。因為MSP430的硬件資源有限(以MSP430F149為例，只有2KB RAM),任何商業操作系統都不可能移植到MSP430上。目前在MSP430上得到應用的RTOS，只有μC/OS-II，但使用μC/OS-II 必須有昂貴的C編譯器，這嚴重地限制了其在MSP430上的使用。

　　正是基于以上情況，筆者在應用MSP430過程中，編寫了一個基于MSP430F149的RTOS，暫定名為M430/OS。它占用RAM量少、代碼短小，稍加改動就可適用于大多數其它MSP430單片機。

　　在MSP430單片機系統上使用M430/OS，對系統有以下意義：

　　① 實現軟件設計的模塊化。可將不同的功能模塊編制成相應的任務，由操作系統按級別調用，不必為先執行哪個功能、后執行哪個功能而費神。

　　② 能更合理、有效地利用CPU有限的資源。按任務的重要程度安排任務的級別，能夠保證最重要的任務得以最及時執行。

　　③ 大大降低系統故障率。低優先級的任務發生阻塞時，高優先級任務的執行不受影響。

2 M430/OS在MSP430F149上的實現

2.1 M430/OS功能特點

　　M430/OS有以下特點：

　　① 采用占先式內核，即高優先級的任務可以從低優先級任務“搶”回CPU控制權；

　　② 每個任務都單獨開辟一個任務棧；

　　③ 每個任務占十幾到幾百字節的任務堆棧，任務棧的大小可以根據任務中現場數據、局部變量和嵌套調用的情況估算；

　　④ 每個任務各分配一個優先級,不支持兩個任務有相同的優先級；

　　⑤ 不支持信號量、郵箱功能；

　　⑥ 任務狀態只有三種：運行(executing)、就緒(ready)、掛起(suspended)；

　　⑦ 系統占用RAM量=（（任務個數 1）×4） 6字節，不包括任務堆棧；

　　⑧ 代碼量少，目前版本的代碼共有86行匯編代碼，256字節目標代碼；

　　⑨ 理論上最多支持126個任務；

　　⑩ 任務鎖定功能：在一段低優先級的代碼中，不想讓操作系統把CPU權切換到別的任務，這時可以把這代碼鎖定，在運行這段代碼時，就不會引起任務切換；

　　任務喚醒功能：在一個任務中產生一個的事件來觸發其它任務運行（如果被觸發的任務優先級高的話，就會馬上運行）。

2.2 系統函數介紹

　　① OS_Init：多任務初始化，進行任務棧（任務棧的結構見圖1）、任務延時計數、任務狀態的初始化。初始化完成后，系統直接切換到最高優先級的任務，多任務系統啟動。

　　② OS_Time_Dly：把當前任務掛起一段指定時間讓其它任務運行。

　　③ OS_Sched：任務調度，它先把每個任務的延時數減1，然后再找出最高優先級的就緒任務，并切換到這個就緒任務。如果無就緒任務，就切換到空閑任務。

　　④ OS_Free_Task：空閑任務，是一個很重要的系統任務，當所有任務都掛起時，運行此任務。它主要是對一個計數器Free_Count一直進行累加，用戶可以根據這個計數器計算出CPU的利用率。

　　⑤ OS_Task_Lock：鎖定任務調度，禁止任務調度。主要用來鎖定在低優先級中的一些可重入的代碼或一些重要代碼。

　　⑥ OS_Task_Unlock：解鎖任務調度，和上面的子程序功能相反。

　　⑦ OS_Task_Wakeup：喚醒指定優先級的任務，并產生一次任務調度，如果被喚醒任務的優先級比當前運行的任務的優先級高，任務就會切換到被喚醒的任務中，否則等待下一個調度時機。

2.3 主要功能的實現

（1）任務初始化

　　系統加電運行后，首先對硬件資源進行初始化，接著就要對多任務進行初始化了。主要是初始化每個任務的任務棧、每個任務的時鐘滴答數和堆棧指針位置。我們把每個任務棧都初始化成圖1形式。

　　任務棧的初始化如下程序（r11是用來初始任務堆棧的一個指針，r10是一個循環計數器）：

mov.w #(棧底 2) , r11

clr.w Task_Tick(r10) ;清0時鐘滴答數

mov.w #任務首地址 , 0(r11) ;把任務地址壓入堆棧

mov.w SR , -2(r11) ;把標志寄存器放入任務棧

mov.w r11 , Task_SP(r10)

sub.w #現場所占的字節數 , Task_SP(r10) ;SP位置放

;入堆棧

　　初始化完任務棧之后，就把堆棧指針指向最高任務優先級任務棧的任務首地址處，再執行ret返回。這樣，多任務就啟動開了，程序如下：

mov.w #09feh , sp ;最高

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