基于RTX51的用戶(hù)專(zhuān)用鍵盤(pán)軟件設計

RTX51實(shí)時(shí)操作系統進(jìn)行單片機軟件設計，可以真正做到各任務(wù)并行執行，同時(shí)，由于程序結構更加科學(xué)合理，可以方便地實(shí)現修改升級，以滿(mǎn)足功能較多的設計要求。

1 用戶(hù)專(zhuān)用鍵盤(pán)簡(jiǎn)介

用戶(hù)專(zhuān)用鍵盤(pán)多使用在工業(yè)控制場(chǎng)合，它由按鍵和指示燈組成，對外采用RS232接口，當某個(gè)按鍵按下時(shí)，鍵盤(pán)將命令(碼值)發(fā)送計算機，同時(shí)，鍵盤(pán)接收來(lái)自計算機的命令(碼值)點(diǎn)亮(熄滅)某個(gè)指示燈，以指示系統工作狀態(tài)，從而實(shí)現快速人機交互。用戶(hù)專(zhuān)用鍵盤(pán)硬件原理框圖如圖1所示。

圖中，可編程邏輯芯片實(shí)現單片機輸出接口擴展，其內部包含多個(gè)輸出鎖存器。工作時(shí)，單片機輸出的地址信號經(jīng)可編程芯片內部譯碼器譯碼產(chǎn)生片選信號，使能不同的輸出鎖存器，將數據信號輸出控制各個(gè)指示燈的亮/滅。

2 RTX51實(shí)時(shí)操作系統介紹

RTX51是德國Keil公司開(kāi)發(fā)的一種應用于MCS51系列單片機的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統，它有兩個(gè)版本，RTX51 Full和RTX51 Tiny，本文采用RTX51 Tiny進(jìn)行軟件設計。RTX51 Tiny是一個(gè)很小的內核，完全集成在Keil C51編譯器中，它可以很容易地運行在沒(méi)有擴展外部存儲器的單片機系統上，并且僅占用800字節左右的程序存儲空間。

RTX51 Tiny允許最大16個(gè)任務(wù)循環(huán)切換，在實(shí)現上，它采用時(shí)間片輪轉算法，系統每次調度時(shí)，把CPU分配給一個(gè)就緒的任務(wù)，并令其執行一個(gè)時(shí)間片，構成微觀(guān)上輪流運行、宏觀(guān)上并行執行的多任務(wù)效果。RTX51 Tiny支持任務(wù)間的信號傳遞，還能并行地利用中斷功能。

RTX51 Tiny的用戶(hù)任務(wù)主要具有以下幾個(gè)狀態(tài)：

·運行(RUNNING)：任務(wù)正處于運行中。同一時(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)可以處于“RUNNING”狀態(tài)。

·準備好(READY)：等待運行的任務(wù)處于“READY”狀態(tài)。在當前運行的任務(wù)退出運行狀態(tài)后，就緒隊列中的任務(wù)根據調度策略被調度執行，進(jìn)入到運行狀態(tài)。

·等待(BLOcKED)：等待一個(gè)事件的任務(wù)處于“BLOCKED”狀態(tài)。如果等待的事件發(fā)生，則此任務(wù)進(jìn)入“READY”狀態(tài)，等待被調度。

RTX51 Tiny內核用以下事件進(jìn)行任務(wù)問(wèn)的通信和同步：

·超時(shí)(TIMEOUT)：由OS-wait函數調用引發(fā)的時(shí)間延時(shí)，持續時(shí)間可由定時(shí)節拍數確定。帶有TIMEOUT值調用OS-it函數的任務(wù)將被掛起，直到延時(shí)結束，才返回到“READY”。

·間隔(INTERVAL)：由OS-wait函數調用引發(fā)的時(shí)間間隔，其間隔時(shí)間可由定時(shí)節拍數確定。帶有INTERVAL值調用wait函數的任務(wù)將被掛起，直到間隔時(shí)間結束，然后返回到READY狀態(tài)。與TIMEOUT不同的是，任務(wù)的節拍計數器不復位，典型應用是產(chǎn)生時(shí)鐘。

·信號(SIGNAL)：系統定義的位變量，可以由系統函數置位或清除?？梢哉{用OS-wait函數暫停一個(gè)任務(wù)并等待從另一任務(wù)發(fā)出的信號，這可以用于協(xié)調兩個(gè)或更多的任務(wù)。如果某個(gè)任務(wù)在等待一個(gè)信號并且信號標志為0，則在收到這個(gè)信號之前，這個(gè)任務(wù)將一直處于掛起狀態(tài)。如果信號標志已經(jīng)被置1，則當任務(wù)查詢(xún)信號時(shí)，信號標志會(huì )被清除，任務(wù)將可以被繼續執行。

3 用戶(hù)專(zhuān)用鍵盤(pán)軟件設計

3.1 任務(wù)分配

根據前面對用戶(hù)專(zhuān)用鍵盤(pán)功能的描述，它主要實(shí)現以下兩個(gè)功能：

(1)按鍵處理;

(2)串口數據處理。

其中功能(1)又可細分為以下三個(gè)任務(wù)：

任務(wù)1：按鍵狀態(tài)掃描;

任務(wù)2：按鍵碼值查詢(xún);

任務(wù)3：串口發(fā)送;

同樣，功能(2)也可細分為以下兩個(gè)任務(wù)：

任務(wù)4：串口接收;

任務(wù)5：串口數據處理;

以上兩個(gè)功能需要并行運行，而內部的子任務(wù)之間為前級驅動(dòng)后級的關(guān)系，在程序實(shí)際運行過(guò)程中，功能二(2)的任意子任務(wù)可能與功能(1)的任務(wù)1或任務(wù)2或任務(wù)3處于同時(shí)并行運行狀態(tài)，鑒于此，需要在程序設計時(shí)創(chuàng )建5個(gè)子任務(wù)。

采用時(shí)間輪詢(xún)的方式?jīng)Q定了某個(gè)任務(wù)在執行完時(shí)間片后，在下一次執行前需要等待固定的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間與系統的任務(wù)數及每個(gè)任務(wù)的執行時(shí)間密切相關(guān)，為避免數據丟失，串口接收任務(wù)應及時(shí)讀取接收緩存器中的數據。由于中斷處理過(guò)程與正在運行的任務(wù)是相互獨立的，即中斷處理過(guò)程在RTX51系統內核之外和任務(wù)切換規則沒(méi)有關(guān)聯(lián)，因此可以在串口中斷服務(wù)程序中完成串口接收任務(wù)。另外，串口發(fā)送時(shí)要求將整個(gè)按鍵碼值數據包一次性發(fā)送完畢，如果將串口發(fā)送過(guò)程在中斷服務(wù)程序中完成，在SBUF緩存器發(fā)送完一個(gè)字節后觸發(fā)串口發(fā)送中斷標志，再次進(jìn)入中斷服務(wù)程序繼續下一字節數據的發(fā)送，則可以方便地實(shí)現上述要求。根據以上分析，串口接收、串口發(fā)送兩個(gè)子任務(wù)的功能在中斷服務(wù)程序中完成，將系統子任務(wù)的個(gè)數由5個(gè)減少為3個(gè)，調整后的任務(wù)分配如下：

任務(wù)1：按鍵狀態(tài)掃描(TASK SCAN);

任務(wù)2：按鍵碼值查詢(xún)(TASK KEY);

任務(wù)3：串口數據處理((TASK LIGHT));

中斷服務(wù)程序：串口接收、發(fā)送。

任務(wù)間信號關(guān)系如圖2所示。

如圖，任務(wù)1在檢測到按鍵狀態(tài)變化后向任務(wù)2發(fā)送信號，任務(wù)2隨后由等待狀態(tài)進(jìn)入“準備好”狀態(tài)，在本任務(wù)的下一個(gè)時(shí)間片，任務(wù)2開(kāi)始進(jìn)行指定位置按鍵的碼值查詢(xún)，然后通過(guò)串口完成碼值發(fā)送。

同時(shí)，串口數據通過(guò)中斷服務(wù)程序接收，串口數據接收后即發(fā)送信號給任務(wù)3，使后者進(jìn)入“準備好”狀態(tài)，并在下一個(gè)時(shí)間片到來(lái)后進(jìn)行數據處理。

以上三個(gè)任務(wù)中，任務(wù)l(shuí)始終處于“運行”或“準備好”狀態(tài)，任務(wù)2、任務(wù)3大多數時(shí)間處于“等待”狀態(tài)，任務(wù)2、任務(wù)3分別在接收到按鍵狀態(tài)掃描任務(wù)、中斷服務(wù)程序的信號后被“喚起”。另有任務(wù)0，負責創(chuàng )建任務(wù)1、2、3，然后刪除自己。任務(wù)0簡(jiǎn)化程序如下所示：

#define INIT 0/*任務(wù)0：初始化及創(chuàng )建*/

#define SCAN 1/*任務(wù)1：按鍵狀態(tài)掃描*/