微型搶占式多任務(wù)實(shí)時(shí)內核設計

關(guān)鍵詞：事件驅動(dòng) 優(yōu)先級 任務(wù)管理 消息 信號 同步

市面上有很多優(yōu)秀的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統（RTOS），但在中低端微控制器（MCU）上運行性能良好的RTOS內核并不多。在高檔機下，功能強大、運行極好的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統，移植到中低端機上時(shí)性能很可能大幅度下降。一個(gè)很重要的原因就是它的大部分功能對中低檔系統來(lái)說(shuō)是不需要的，反而成為制約性能的累贅。中低檔微控制器與高檔機相比，一方面，尋址能力有限，處理速度慢，在相同的實(shí)時(shí)性能要求下，對內核的代碼效率的要求更為嚴格；另一方面，中低檔機完成的任務(wù)相對簡(jiǎn)單，減少了對內核的功能需求，比如可以不需要內存管理。從嵌入式系統的共性來(lái)說(shuō)，大多數情況下用戶(hù)程序和系統內核是緊密結合在一起的，運行時(shí)存儲器容量消耗、任務(wù)的數量、執行時(shí)間和結果都是可以預計的，這可進(jìn)一步縮小對內核的功能需求。

??事件驅動(dòng)的觀(guān)點(diǎn)認為，任務(wù)應該是被動(dòng)地響應外界發(fā)生的各種事件，而不是主動(dòng)地去“查詢(xún)”，浪費處理器時(shí)間。采用事件驅動(dòng)編程的方法，不僅提高了運行效率，而且降低了事件處理之間的耦合，使程序流程非常清晰，從而可大大提高開(kāi)發(fā)效率。

??充分考慮中低端微控制器的硬件特點(diǎn)和嵌入式系統軟件的需求，引入“事件驅動(dòng)”的觀(guān)念，筆者開(kāi)發(fā)了一個(gè)微型的搶占式多任務(wù)RTOS內核――MicroStar。支持任務(wù)的動(dòng)態(tài)創(chuàng )建、刪除、睡眠、掛起和恢復，提供消息（message）和信號（signal）兩種任務(wù)間的通信方案、完善的定時(shí)器服務(wù)和功能齊全的任務(wù)同步函數庫。限于篇幅，著(zhù)重論述幾個(gè)與眾不同的設計思路和實(shí)現難點(diǎn)。

1 調度策略

1.1 基于事件的優(yōu)先級

??對內核的實(shí)時(shí)性能來(lái)說(shuō)，調度策略是關(guān)鍵。好的調度策略，既要體現各任務(wù)因所處理的事件對實(shí)時(shí)性的不同要求而帶來(lái)的優(yōu)先級差異，又要保證一定的公平性，避免出現低優(yōu)先級任務(wù)長(cháng)時(shí)間得不到執行的極端情形。常用的調度策略有兩種：一種是按時(shí)間片輪轉(round robin)調度，如RTX51；另一種是嚴格按優(yōu)先級的占先式調度，如μC/OS。

??按時(shí)間片輪轉調度能很好地保證公平，但優(yōu)先級的差異是通過(guò)對處理器的占用時(shí)間的多少來(lái)體現的。如果各個(gè)任務(wù)都不主動(dòng)放棄執行，高優(yōu)先級的任務(wù)能夠比低優(yōu)先級任務(wù)獲得更多的處理器時(shí)間；但在嵌入式系統中，某個(gè)事件要求實(shí)時(shí)處理，并不意味著(zhù)該處理需要較長(cháng)的時(shí)間，而往往是要求盡快響應。因此，采用按時(shí)間片輪轉調度，實(shí)時(shí)性不會(huì )太好。

??如果嚴格按任務(wù)的優(yōu)先級來(lái)調度，可極大地提升系統的實(shí)時(shí)性，但卻欠缺公平。如果高優(yōu)先級任務(wù)是個(gè)無(wú)等待的死循環(huán)，低優(yōu)先級任務(wù)就無(wú)法獲得執行機會(huì )。

??一個(gè)好的辦法是兩者的結合，即可由任務(wù)的優(yōu)先級產(chǎn)生調度，也可以由時(shí)間片到產(chǎn)生新的任務(wù)調度，如VxWorks；但是實(shí)現起來(lái)較為復雜，不一定適合中低檔MCU。為此，基于以下事實(shí)，提出“基于事件的優(yōu)先級(events based priority)”這一新觀(guān)念。

??① 一個(gè)任務(wù)往往處理多個(gè)事件，各個(gè)事件對實(shí)時(shí)性的要求不盡相同。一般的RTOS下，任務(wù)的優(yōu)先級是根據這些事件中對實(shí)時(shí)性要求最高的一個(gè)來(lái)確定的。因此，高優(yōu)先級任務(wù)在處理對實(shí)時(shí)性要求不高的事件時(shí)，完全可能會(huì )妨礙低優(yōu)先級任務(wù)處理具有一定實(shí)時(shí)性要求的事件。

??② 有些情況下，對同一事件的處理可分為前臺處理和后臺處理：前臺處理所需時(shí)間短，對實(shí)時(shí)性有較高的要求；后臺處理花費時(shí)間長(cháng)，對實(shí)時(shí)性則無(wú)多大要求。

??如果根據正在處理和等待處理的事件對實(shí)時(shí)性的不同要求，更細致地按事件處理的前后臺階段，動(dòng)態(tài)地調整任務(wù)的優(yōu)先級，采用優(yōu)先級調度策略，既可發(fā)揮實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)，又可在一定限度內保證公平。這種情況下，任務(wù)的優(yōu)先級不再是一成不變的，而是動(dòng)態(tài)地取決于所處理的事件和處理階段，這就是所謂的“基于事件的優(yōu)先級”。

1.2 在MicroStar中的實(shí)現

??MicroStar中任務(wù)的優(yōu)先級是由靜態(tài)優(yōu)先級和動(dòng)態(tài)優(yōu)先級共同決定的。靜態(tài)優(yōu)先級等同于其它RTOS中的優(yōu)先級；動(dòng)態(tài)優(yōu)先級為基于事件的優(yōu)先級――由內核根據任務(wù)正在處理和等待處理的事件動(dòng)態(tài)調整。靜態(tài)優(yōu)先等級限定為0~15級，不允許創(chuàng )建靜態(tài)優(yōu)先級相同的任務(wù)。動(dòng)態(tài)優(yōu)先等級目前只有0(亦稱(chēng)緊急級)、1(亦稱(chēng)普通級)兩級。任務(wù)的實(shí)際優(yōu)先等級可由下式來(lái)計算：

??優(yōu)先等級＝動(dòng)態(tài)優(yōu)先等級16 + 靜態(tài)優(yōu)先等級。

??優(yōu)先等級值越大，優(yōu)先級越低?？梢钥闯?，動(dòng)態(tài)優(yōu)先級起決定作用。

??怎樣實(shí)現優(yōu)先級動(dòng)態(tài)可調呢?首先簡(jiǎn)要介紹MacroStar中任務(wù)的四個(gè)狀態(tài)：

??休眠(dormant)――任務(wù)因調用睡眠函數、掛起函數或者等待內核同步對象而進(jìn)入休眠態(tài)；

??等待(waiting)――任務(wù)因等待消息或者信號(勿與“信標”、“信號量”相混淆)而進(jìn)入等待態(tài)；

??就緒(ready)――任務(wù)運行的條件都已俱備，只等被調度，稱(chēng)為就緒態(tài)，亦稱(chēng)可調度態(tài)；

??運行(running)――任務(wù)正在使用處理器的資源，稱(chēng)為運行態(tài)。

??這些狀態(tài)都是用標志位來(lái)實(shí)現的。16個(gè)靜態(tài)優(yōu)先級對應的任務(wù)的某一狀態(tài)剛好可用一個(gè)16位的二進(jìn)制數來(lái)標識。休眠態(tài)用os_slpState來(lái)表示，從高位算起，第N位為0表示靜態(tài)優(yōu)先級為N的任務(wù)處于休眠態(tài)。等待態(tài)是依據“事件驅動(dòng)”觀(guān)念而專(zhuān)為消息和信號而設計的，用os_rdyhState和os_rdyState兩個(gè)16位的變量來(lái)記錄。只有當os_rdyhState和os_rdyState的第N位均為0時(shí)，才表示靜態(tài)優(yōu)先級為N的任務(wù)處于等待態(tài)。如果任務(wù)處于非等待狀態(tài)，意味著(zhù)任務(wù)已在處理事件或者有事件要處理(可以認為任務(wù)一開(kāi)始就處理“啟動(dòng)”這個(gè)“虛擬事件”)，這時(shí)，才有動(dòng)態(tài)優(yōu)先級的概念。如果os_rdyhState中的第N位為1，表示靜態(tài)優(yōu)先級為N的任務(wù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級為緊急級；如果os_rdyhState第N位為0，則表示靜態(tài)優(yōu)先級為N的任務(wù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級為普通級。要求實(shí)時(shí)處理的事件發(fā)生后，內核簡(jiǎn)單將os_rdyhState相應位置1，提升任務(wù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級；當前事件處理完畢后，如果已無(wú)實(shí)時(shí)性要求較高的事件等待處理，簡(jiǎn)單地將os_rdyhState相應位清0，降低任務(wù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級。由此，即可實(shí)現優(yōu)先級的動(dòng)態(tài)可調。只有當任務(wù)既不處在休眠態(tài)也不處在等待態(tài)時(shí)，任務(wù)才是可以調度的。

2 任務(wù)管理

2.1 任務(wù)控制塊

??多任務(wù)系統中用任務(wù)控制塊（TCB）來(lái)記錄任務(wù)的各種屬性。在這些屬性中，最重要的是任務(wù)堆棧棧頂地址。進(jìn)行上下文切換（context switch）時(shí)，被停止執行的任務(wù)的所有寄存器狀態(tài)、下一條代碼的地址都要入棧保護，因而這個(gè)屬性是必需的。如果允許修改任務(wù)的優(yōu)先級，優(yōu)先級屬性也是必需的。所以，將任務(wù)控制塊簡(jiǎn)化如下：

typedef struct{

uint_16 msg[2]; /*消息接收區*/

int * sp; /*堆棧棧頂指針*/

uchar priority; /*靜態(tài)優(yōu)先級*/

uchar reserved; /*保留 */

}TCB,*PTCB;

TCB os_tcbs[ USER_TASK_NUM +1 ];

/*用戶(hù)任務(wù)數最多為15個(gè)*/

??msg用來(lái)存儲發(fā)送給任務(wù)的消息，兩個(gè)16位的二進(jìn)制可按位存放32個(gè)消息。sp指向任務(wù)堆棧棧頂。priority記錄任務(wù)的靜態(tài)優(yōu)先級。數組os_tcbs用來(lái)記錄系統所有任務(wù)的信息，其下標與任務(wù)的ID號相對應，即ID號為N的任務(wù)的控制塊為os_tcbs[N]。

2.2 任務(wù)的創(chuàng )建

os_CreateTask函數用來(lái)創(chuàng )建一個(gè)任務(wù)：

void os_CreateTask(

TASKPROC task, //任務(wù)函數的指針

uchar taskId, //任務(wù)的ID號

uchar priority, //優(yōu)先級

int 　* pStack, //任務(wù)堆棧棧底地址

void * param //任務(wù)函數的入口參數

);

typedef void (*TASKPROC)( void * param);

??創(chuàng )建任務(wù)時(shí)，內核要做以下幾方面的工作：① 初始化任務(wù)控制塊；② 初始化任務(wù)堆棧，使其如同被其它任務(wù)搶斷時(shí)的情形；③ 將任務(wù)狀態(tài)置為就緒態(tài)。該函數是依賴(lài)于處理器的，圖1是較為通用的描述。

??中斷程序中，在高優(yōu)先級任務(wù)剝奪低優(yōu)先級任務(wù)之前，內核將斷點(diǎn)時(shí)的各寄存器狀態(tài)入棧保護，這部分區域即為寄存器映像區。將任務(wù)退出函數os_Exit的地址先于任務(wù)函數MyTask入棧，以使MyTask函數退出后返回到os_Exit中去，由此來(lái)實(shí)現任務(wù)的自動(dòng)刪除。

2.3 任務(wù)切換

??與任務(wù)創(chuàng )建一樣，任務(wù)切換代碼與硬件相關(guān)。在PC機上，代碼和步驟如下：

　void interrupt os_Schedule( )　　…………（1）

{

if( os_nLayers )return;

os_nLayers++; 　 …………（2）

_DX = (int)os_pCurTCB;

/*os_pCurTCB指向當前任務(wù)的控制塊*/

　　*(int*)(_DX+4) = _SP;

　　*(int*)(_DX+6) = _SS; …………（3）

　　os_GetReadyTask( ); …………（4）

　　_DX = (int)os_pCurTCB;

　　_SP = *(int*)(_DX+4);

　　_DX = *(int*)(_DX+6);

　　_SS = _DX; 　 …………（5）

　　os_nLayers--;? 　 …………（6）

　　UNLOCK_INT( );

} 　 …………（7）

(1)利用C語(yǔ)言interrupt關(guān)鍵字使各寄存器入棧保護。（2）鎖定調度器，不允許重調度。（3）將當前任務(wù)的棧頂地址（由堆棧段寄存器SS和棧指針寄存器SP組成）保存在os_pCurTCB->sp中（PC機下，TCB中的sp定義為遠指針類(lèi)型）。（4）選出優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)(方法類(lèi)似于μC/OS)，并將os_pCurTCB指向新任務(wù)的控制塊。（5）棧寄存器指向新任務(wù)的棧頂地址。（6）解鎖調度器。（7）各寄存器出棧，恢復到上次被中斷時(shí)的情形。

3 消息與信號

??為很好地支持事件驅動(dòng)編程，MicroStar借鑒了Windows的“基于消息，事件驅動(dòng)”觀(guān)念，并加以擴展。在MicroStar中，事件不僅可以觸發(fā)消息、信號，而且由事件觸發(fā)的消息或信號是有優(yōu)先級的，這是因為不同事件對處理的實(shí)時(shí)性要求是不同的。內核正是根據消息、信號的優(yōu)先級來(lái)動(dòng)態(tài)調整任務(wù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級的。

3.1 消 息

??消息是一種很友好的通信方式?？紤]中低檔單片機的內存容量和需求，將消息簡(jiǎn)化為一個(gè)0~31的值。采用固定位圖存儲格式，將這32個(gè)值映射到任務(wù)控制塊的msg域，這大大減小了存儲空間?？蓪sg域看作一個(gè)32位的二進(jìn)制變量，第i位為1，表示有值為i的消息，因此消息的存取只需通過(guò)簡(jiǎn)單的“與”、“或”運算。消息的優(yōu)先級依值而定，值越大，優(yōu)先級越低。在系統范圍內，消息優(yōu)先級又分為兩級：緊急級（值0~15）與普通級（值16~31）。當有緊急消息發(fā)送給任務(wù)時(shí)，內核會(huì )提升任務(wù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級，從而提高消息處理的實(shí)時(shí)性。當任務(wù)無(wú)緊急消息要處理時(shí)，內核就降低它的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級。發(fā)送消息的核心代碼如下：

/*const uint_16 os_maskTable[16] ={ 0x8000,0x4000, .....,0x0008,0x0004,0x0002,0x0001 */

if( msg0xF0 ) { /*普通級消息*/

pTCB->msg[1] |= os_maskTable[msg0x0F];

/*普通級消息存在msg[1]中*/

os_rdyState |= os_maskTable[pTCB->priority];

}

else { /*緊急級消息*/

pTCB->msg[0] |= os_maskTable[msg]; ;

/*緊急級消息存在msg[0]中*/

os_rdyhState |= os_maskTable[pTCB->priority];

/*提升動(dòng)態(tài)優(yōu)先級*/

}

??與先進(jìn)先出(FIFO)方式的消息隊列不同，內核總是取出優(yōu)先級最高的消息來(lái)交給任務(wù)處理。消息接收函數os_GetMessage設計思路如下：如果消息接收區中無(wú)緊急消息，則降低任務(wù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級；如果消息接收區中有消息，則取出優(yōu)先級最高的消息；如果沒(méi)有消息，則將任務(wù)轉為等待態(tài)?？紤]有時(shí)候不希望任務(wù)進(jìn)入等待態(tài)，MicroStar還提供了非阻塞的os_PeekMessage消息接收函數。

3.2 信 號

??在嵌入式系統編程中，常利用標志位來(lái)實(shí)現前后臺程序或不同的任務(wù)間的通信。MicroStar也提供了類(lèi)似的任務(wù)間的通信方式――信號（signal）。它避免了用戶(hù)程序因不斷查詢(xún)標志位而帶來(lái)的時(shí)間浪費，而且支持信號間的“與”、“或”運算。通俗來(lái)說(shuō)，信號就是標志位，用來(lái)標識某個(gè)事件的發(fā)生。同消息一樣，信號也有緊急級與普通級之分。與消息不同的是，信號完全由用戶(hù)程序創(chuàng )建和維護，內核只是幫助用戶(hù)程序等待信號，以避免低效率的標志位查詢(xún)。使用起來(lái)不如消息直觀(guān)，但執行效率較高。實(shí)現起來(lái)非常簡(jiǎn)單，請參見(jiàn)源碼。

圖1

4 定時(shí)器

??定時(shí)器在嵌入式系統有著(zhù)大量的用途，如LED的定時(shí)刷新、串口通信中的超時(shí)檢查。對定時(shí)器的需求分為兩類(lèi)，一種是周期性重復定時(shí)，比如每隔10ms去刷新LED；另一種是僅需定時(shí)一次的一次性定時(shí)。定時(shí)時(shí)長(cháng)以系統時(shí)鐘節拍（tick,又譯作滴達）作為單位。兩次系統定時(shí)中斷之間的時(shí)間間隔為一個(gè)節拍。定時(shí)器結構體如下：

typedef struct{

uint_16 elapse; /*定時(shí)時(shí)長(cháng)的余值*/

uint_16 backTime; /*定時(shí)時(shí)長(cháng)的備份值*/

MSG timerId; /*定時(shí)器ID號*/

uchar taskId; /*擁有該定時(shí)器的任務(wù)的ID*/

TIMERPROC lpTimerFunc; /*定時(shí)調用的函數指針*/

}TIMER,*PTIMER;

TIMER　os_timers[USER_TIMER_NUM]; /*最多為16個(gè)*/

??周期性定時(shí)和一次性定時(shí)是通過(guò)timerId來(lái)區分的。如果timeId為64，為一次性定時(shí)；如果timerId不大于32，則為周期性定時(shí)。用os_timers數組記錄定時(shí)器信息，用16位的os_timerState表示定時(shí)器的狀態(tài)。如果os_timerState的二進(jìn)制數的第N位為1，則表示os_timers[N]空閑可用。

??對周期性定時(shí)器，每隔定時(shí)時(shí)長(cháng)的時(shí)間，內核就調用的lpTimerFunc指向的函數，并且將timerId以消息的方式發(fā)送給任務(wù)，對任務(wù)的動(dòng)態(tài)優(yōu)先級的影響與普通消息一樣。因此，要想取得實(shí)時(shí)性較好的定時(shí)器，只需將timerId設在0~15之間。與一次性定時(shí)相關(guān)的是睡眠函數和限時(shí)等待同步對象的函數。任務(wù)使用這兩個(gè)函數而進(jìn)入休眠態(tài)后，在定時(shí)時(shí)間到時(shí)，內核將其恢復為就緒態(tài)，并自動(dòng)釋放定時(shí)器資源。系統定時(shí)處理的核心代碼如下：

if( !(--pTimer->elapse) ){ /*elapse減為零表示時(shí)間到*/

if( pTimer->lpTimerFunc)(*pTimer->lpTimerFunc)(pTimer->

taskId,pTimer->timerId);

switch( pTimer->timerId0xF0 ){

case SLEEP_ID: /*一次性定時(shí)*/

os_slpState |= taskMask; /*結束休眠態(tài)*/

os_timerState |= timerMask; /*釋放定時(shí)器*/

break;

case 0x00: /*發(fā)送緊急級定時(shí)器消息*/

pTCB->msg[0] |= os_maskTable[pTimer->timerId];

os_rdyhState |= os_maskTable[pTCB->priority ];;

break;

case 0x10: : /*發(fā)送普通級定時(shí)器消息*/

pTCB->msg[1] |= os_maskTable[pTimer->timerId0x0f];

os_rdyState |= os_maskTable[pTCB->priority ];;

}

}

5 同 步

??搶占式多任務(wù)下，低優(yōu)先級的任務(wù)可以被高優(yōu)先級任務(wù)打斷執行。以常規方式訪(fǎng)問(wèn)共享變量或資源時(shí)，會(huì )出現奇怪的結果。比如，一個(gè)任務(wù)調用printf(“12345”)試圖在輸出設備上輸出“12345”，但執行中被高優(yōu)先級任務(wù)打斷；而高優(yōu)先級任務(wù)也調用printf(“67890”)試圖輸出“67890”，最終的輸出結果可能是“1267890345”之類(lèi)。這就是多任務(wù)環(huán)境下的任務(wù)同步問(wèn)題?！?/P>

??同步方式有兩種，一種為用戶(hù)同步方式，不需要與內核打交道，具有速度快的優(yōu)點(diǎn)，但只適合保護執行時(shí)間短的代碼；另一種是內核同步方式，需要通過(guò)內核來(lái)實(shí)現，速度相對較慢，但可保護執行時(shí)間長(cháng)的代碼。

5.1 用戶(hù)同步方式

??用戶(hù)方式下的同步是通過(guò)關(guān)鍵代碼段（critical section）保護來(lái)實(shí)現。關(guān)鍵代碼段是指這樣一小段代碼，它執行時(shí)必須獨占對某些共享資源的訪(fǎng)問(wèn)權，不允行被其它試圖訪(fǎng)問(wèn)該資源的代碼打斷。最簡(jiǎn)單的是得用關(guān)/開(kāi)中斷來(lái)實(shí)現，優(yōu)點(diǎn)是速度極快，缺點(diǎn)是帶來(lái)中斷延遲，只適合執行時(shí)間極短的代碼段。另一簡(jiǎn)單的方案是通過(guò)加鎖/解鎖調度器來(lái)實(shí)現，即在關(guān)鍵代碼段執行期間禁止內核進(jìn)行任務(wù)切換。采用這種方法，不會(huì )帶來(lái)中斷延遲，但帶來(lái)了調度延遲。在MicroStar中，對os_nLayers加1即可鎖定調度器，減1即可解鎖。但直接利用解鎖調度器來(lái)離開(kāi)關(guān)鍵代碼段并不合適。如果在關(guān)鍵代碼段執行中，發(fā)生了中斷，使更高優(yōu)先級任務(wù)就緒。但由于調度器被鎖定，中斷程序退出時(shí)不能進(jìn)行任務(wù)切換以使高優(yōu)先級任務(wù)執行。因此我們希望，最好一旦調度器解鎖，馬上就切換到高優(yōu)先級任務(wù)。為此，專(zhuān)門(mén)用變量os_flag的最低位作為標志位，中斷程序中調用任何可以使任務(wù)就緒的系統函數都會(huì )影響到該標志位，如os_PostMessage、os_SetEvent，os_Notity。退出關(guān)鍵代碼段時(shí)以此來(lái)判斷是否需要進(jìn)行任務(wù)調度。離開(kāi)臨界代碼段時(shí)的代碼如下：

if( (os_flag0x01) (!(--s_nLayers ) ) ) {--os_Schedule( ); }

5.2 內核同步對象

??如果要保護執行時(shí)間較長(cháng)的代碼，就要使用內核同步對象來(lái)同步。常用的內核同步對象有事件(event)、信標(semaphore，亦稱(chēng)信號量)和互斥量(mutex)。 事件對象用來(lái)通知事件或者操作已經(jīng)完成，它用一個(gè)布爾值來(lái)表示該事件處于通知還是未通知狀態(tài)。信標對象用于對資源進(jìn)行計數。它記錄了當前可用的資源數目。當用1來(lái)初始化信標對象的可用資源數目時(shí)，信標對象實(shí)際上成為了互斥對象。MicroStar提供事件和信標兩種同步對象，支持查詢(xún)、限時(shí)等待或無(wú)限時(shí)等待操作。內核同步對象的結構如下：

typedef struct{

uint_16 waiter; /*等待列表*/

uchar num;　 /*可用資源數目或者事件狀態(tài)*/

uchar type; /*同步對象類(lèi)型*/

}OBJECT,*POBJECT,*HOBJECT,*HEVENT,*HSEMAPHORE;

??當一個(gè)任務(wù)因等待同步對象而進(jìn)入休眠態(tài)時(shí)，它的靜態(tài)優(yōu)先級按位存放在waiter域中。如果靜態(tài)優(yōu)先級為N的任務(wù)在等待某個(gè)同步對象，則waiter二進(jìn)制數中第N位置1，以示等待。當type為EVENT_OBJECT時(shí)，表示事件對象，此時(shí)num為事件狀態(tài)，1表示通知態(tài)，0表示未通知態(tài)；為SEMAPHORE_OBJECT時(shí)，表示信標對象，對應的num為可用資源數。

??內核同步對象不是嵌入式多任務(wù)系統特有的，通用的多任務(wù)操作系統如Windows都提供齊全的同步函數，在此不作介紹。

6 運用和使用示例

??在MicroStar中，各個(gè)功能模塊是分開(kāi)的，因而可裁減度高。移植MicroStar也比較容易，只需改寫(xiě)與硬件相關(guān)的任務(wù)創(chuàng )建和調度函數。MicroStar1.0的PC機完全版本的代碼約為10KB，針對96單片機用匯編語(yǔ)言寫(xiě)成的版本為1.4KB。本文附帶的演示示例，都在TC2.0下編譯通過(guò)，可直接在PC機上運行。第一個(gè)示例啟動(dòng)了三個(gè)用戶(hù)任務(wù)：① WatchTask任務(wù)在屏幕中央顯示一個(gè)以10ms為計時(shí)單位的跑表。② KeyTask 任務(wù)每隔200ms讀一次鍵盤(pán)，按“Q”鍵系統退出執行。③ MicroStar 任務(wù)顯示MicroStar相關(guān)信息，每隔1.5s更新一幀。

??演示程序及內核源碼見(jiàn)本刊網(wǎng)站（www.dpj.com.cn）。

結 語(yǔ)

??本文提出了基于事件的優(yōu)先級這一觀(guān)念，使任務(wù)優(yōu)先級的安排更為合理。介紹了微型多任務(wù)實(shí)時(shí)內核――MicroStar的設計與實(shí)現。消息和信號兩種通信方式的提供，使其對事件驅動(dòng)編程有很好的支持。較為完善的定時(shí)器服務(wù)和齊全的任務(wù)同步函數庫，給用戶(hù)提供了更多、更靈活的選擇。有限的功能，使其與其它實(shí)時(shí)操作系統相比，減小了從技術(shù)掌握上所花費的時(shí)間。加上較低的存儲器消耗，總體上說(shuō)，MicroStar是比較適合在中低端MCU平臺上運行的。