RTX51 Tiny是一种应用于MCS51系列单片机的小型多任务实时操作系统。它完全集成在Keil C51编译器中,具有运行速度快、对硬件要求不高、使用方便灵活等优点,因此越来越广泛地应用到单片机的软件开发中。但是RTX51 Tiny自身并不支持信号量的操作,这就给设计开发中共享资源的使用带来了诸多不便。本文介绍一种在RTX51 Tiny环境中添加信号量支持的方案。

1  信号量

　　信号量实际上是一种约定机制,在多任务操作系统内核中普遍使用。信号量可分为二值信号量和计数式信号量。每一个信号量都有一个计数值,它表示某种资源的可用数目。二值信号量的值只能是0和1;计数式信号量的取值范围则由所使用的嵌入式操作系统内核决定。内核根据信号量的值,跟踪那些等待信号量的任务。

　　对信号量的操作一般有初始化、等待和释放三种,下面简要介绍一下这三种操作过程。

　　①  初始化信号量：信号量初始化时要给信号量赋初值,并清空等待信号量的任务表。

　　②  等待信号量：需要获取信号量的任务执行等待操作。如果该信号量值大于0,则信号量值减1,任务得以继续运行;如果信号量值为0,等待信号量的任务就被列入等待该信号量的任务表。

　　③  释放信号量：已经获取信号量的任务在使用完某种资源后释放其信号量。如果没有任务等待该信号量,信号量值仅仅是简单的加1;如果有任务正在等待该信号量,那么就会有一个任务进入就绪态,信号量的值也就不加1。至于哪个任务进入就绪态,要看内核是如何调度的。

2  在RTX51 Tiny中添加信号量支持

　　RTX51 Tiny采用时间片轮转的办法来调度任务,不支持任务优先级,也不支持信号量。为了在RTX51 Tiny环境中使用信号量,必须另外添加信号量的定义及其操作过程,可以在应用程序中加入以下代码。

#include <rtx51tny.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define MAX_SEMAPHORES 3 /* 使用信号量的最大数目 */
/* 定义信号量 */
struct sem_set{
　　uchar max_count; /* 该信号量的最大计数值 */
　　uchar count; /* 该信号量的当前计数值 */
　　uint pending_tasks; /* 等待该信号量任务表 */
} sem_tab[MAX_SEMAPHORES];
/* 初始化信号量 */
#pragma disable
void init_semaphore(uchar sem_id, uchar max_count, uchar count){
　　sem_tab[sem_id].max_count = max_count;
　　sem_tab[sem_id].count = count;
　　sem_tab[sem_id].pending_tasks = 0;
}
/* 等待信号量 */
#pragma disable
char pend_sem(uchar sem_id){
　　if (sem_tab[sem_id].count > 0) {
　　　　sem_tab[sem_id].count? /* 获取信号量 */
　　　　return (-1);
　　}
　　sem_tab[sem_id].pending_tasks
　　 =(1 << os_running_task_id()); /* 标记为等待状态 */
　　return (0);
}
void pend_semaphore(sem_id){
　　if (pend_sem(sem_id) == 0) {
　　　　while (os_wait(K_TMO, 255, 0) != RDY_EVENT); /*等待,直到该任务就绪*/
　　}
}
/* 释放信号量 */
#pragma disable
char post_sem(uchar sem_id){
　　uchar i;
　　uint temp = 1;
　　if ((sem_tab[sem_id].count > 0)
　　　　 (sem_tab[sem_id].pending_tasks == 0)) {
　　　　sem_tab[sem_id].count++; /* 释放信号量 */
　　　　return (-1);
　　}
　　for (i=0; i<16; i++) {
　　　　if ((sem_tab[sem_id].pending_tasks & (temp)) != 0){ /* 查找任务表 */
　　　　　　sem_tab[sem_id].pending_tasks &= ~(1 << i);
　　　　　　return (i); /* 返回等待信号量的任务号 */
　　　　}
　　　　temp <<= 1;
　　}
}
void post_semaphore(uchar sem_id){
　　char task_id;
　　task_id = post_sem(sem_id);
　　if (task_id != -1) {
　　　　os_set_ready(task_id); /* 任务task_id进入就绪状态 */
　　　　os_switch_task();
　　}
}

　　其中函数init_semaphore用于初始化信号量,函数pend_semaphore 和post_semaphore用于等待和释放信号量。

　　MAX_SEMAPHORES为应用程序中需要用到信号量的最大数目,根据设计需要做相应的修改。结构体sem_set记录信号量的相关信息,包括该信号量的最大值、当前值以及等待该信号量的任务表。其中,sem_tab[sem_id].pending_tasks中的bit0~bit15分别与任务0~任务15一一对应,如果某一位置位,则表示与之相应的任务正在等待该信号量。函数post_sem总是让等待信号量任务表中任务号最小的那个任务最先得到信号量。

　　编译器伪指令#pragma disable保证程序在对信号量进行操作期间不被中断,避免发生错误。

3  应用举例

　　下面通过一个例子来说明在RTX51 Tiny环境下是如何使多个任务共享串口的。

#include <rtx51tny.h>
#include <stdio.h>
#include <reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
extern void pend_semaphore(uchar sem_id);
extern void post_semaphore(uchar sem_id);
extern void init_semaphore(uchar sem_id, uchar max_count, uchar count);
void task0(void) _task_ 0{
　　SCON = 0x50;
　　TMOD = 0x20;
　　TH1 = 221;
　　TR1 = 1;
　　TI = 1; /* 初始化串行口 */
　　init_semaphore(0, 1, 1); /* 初始化信号量,最大值为1 */
　　os_create_task(1);
　　os_create_task(2);
　　os_delete_task(0);
}
void task1(void) _task_ 1{
　　while (1) {
　　　　pend_semaphore(0);
　　　　puts(“Task1 is using UART!”);
　　　　post_semaphore(0);
　　}
}
void task2(void) _task_ 2{
　　while (1) {
　　　　pend_semaphore(0);
　　　　puts(“Task2 is using UART!”);
　　　　post_semaphore(0);
　　}
}

　　该程序中的task1和task2轮流使用串口输出数据。程序执行后在串口循环输出如下内容。

　　Task1 is using UART!
　　Task2 is using UART!

结语

　　与其它实时多任务内核相比,RTX51 Tiny显得非常小巧,它最大仅占用900字节的程序存储空间,可以在没有任何外部存储器的8051系统上运行。对RTX51 Tiny添加信号量支持后,能够简化程序设计,提高开发效率,降低开发成本。

参考文献

1  Keil Software Inc．RTX51 Tiny User’s Guide
2  [美]拉伯罗斯. μC/OS-II——源码公开的实时嵌入式操作系统.邵贝贝译. 北京：中国电力出版社,2001