單片機(jī)RTOS隨想曲
    本文標(biāo)為隨想曲,是說(shuō)明這不是一篇結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈恼?而是想到哪寫(xiě)到哪,希望讀者能喜歡這種風(fēng)格。以下為本文正文：
    對(duì)于搞單片機(jī)的特別用8051系列工程師來(lái)說(shuō)，談到單片機(jī)的RTOS，很多時(shí)候會(huì)問(wèn)一句：“為什么要用RTOS？單片機(jī)就這一點(diǎn)資源，使用RTOS能保證效率嗎？”
    對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，我會(huì)反問(wèn)：“你用單片機(jī)的目的是什么？是為了用單片機(jī)的C編程，單片機(jī)的匯編編程甚至于用單片機(jī)的二進(jìn)制指令編程？”上個(gè)世紀(jì)80年代，工程師用二進(jìn)制指令給Z80編程，現(xiàn)在還有誰(shuí)在用？現(xiàn)在還有人死抱著匯編不放，但越來(lái)越多的人工程師使用C編程（我起初也是使用匯編的），為什么？因?yàn)槲覀兊哪康氖窃谟邢薜臅r(shí)間甚至是不充足的時(shí)間內(nèi)把項(xiàng)目保質(zhì)保量的完成！使用是么工具和方法是次要的（如果你的項(xiàng)目以成本放在第一位，則另當(dāng)別論，這時(shí)，也是要考慮開(kāi)發(fā)時(shí)間的）。時(shí)間就是金錢(qián)啊，一個(gè)產(chǎn)品在單片機(jī)上增加些許成本是可以接受的。況且，使用8051系列單片機(jī)時(shí)，單片機(jī)資源也常有富余，CPU一般情況也只是空轉(zhuǎn)，這就為它使用RTOS創(chuàng)造了條件。
    那么，使用RTOS的好處呢？我舉一個(gè)例子吧。假設(shè)我們編一個(gè)串行通訊程序，通訊協(xié)議如下：
    數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度為NBYTE，起始字節(jié)為STARTBYTE1,STARTBYTE2，最后一個(gè)字節(jié)為檢驗(yàn)和，中間字節(jié)不可能出現(xiàn)連續(xù)出現(xiàn)STARTBYTE1，STARTBYTE2。
    第一種方法，在中斷中處理協(xié)議：

unsigned char Buf[NBYTE-2];
bit GetRight=0;
        void comm(void) interrupt 4
//"串行口中斷"
{
    static unsigned char Sum,Flag=0,i;
    unsigned char temp;

    if(RI==1)
    {
        RI=0;
        temp=SBUF;
        switch(Flag)
        {
            case 0:
                if(temp==STARTBYTE1)
                {
                    Flag=1;
                }
                break;
            case 1:
                if(temp==STARTBYTE2)
                {
                    Sum=STARTBYTE1+STARTBYTE2;
                    i=0;
                    Flag=2;
                    break;
                }
                if(temp==STARTBYTE1) break;
                Flag=0;
                break;
            case 2:
                if(temp==STARTBYTE1)
                {
                    Flag=3;
                    break;
                }
                Sum+=temp;
                if((i>=(NBYTE-3))&&Sum==0)
                {
                    GetRight=1;
                    Flag=0;
                    break;
                }
                Buf[i++]=temp;
                break;
            case 3:
                if(temp==STARTBYTE2)
                {
                    Sum=STARTBYTE1+STARTBYTE2;
                    Flag=2;
                    i=0;
                    break;
                }
                Sum+=STARTBYTE1;
                if((i>=(NBYTE-3))&&Sum==0)
                {
                    GetRight=1;
                    Flag=0;
                    break;
                }
                Buf[i++]=STARTBYTE1;
                if(temp==STARTBYTE1)
                {
                    break;
                }
                Sum+=temp;
                if((i>=(NBYTE-3))&&Sum==0)
                {
                    GetRight=1;
                    Flag=0;
                    break;
                }
                Buf[i++]=temp;
                Flag=2;
                break;
        }
    }
}

    第二種方法，使用隊(duì)列
    中斷函數(shù)：
        void comm(void) interrupt 4
//"串行口中斷"
{
    if(RI==1)
    {
        RI=0;
        SBUF入隊(duì);
    }
}

    主程序不斷調(diào)用的函數(shù):
unsigned char Buf[NBYTE-2];

        unsigned char ReadSerial(unsigned char *cp)
{
    unsigned char i;
    unsigned char temp,Sum;

    temp=隊(duì)列中數(shù)據(jù)個(gè)數(shù);
    if(temp<(NBYTE)) return 0;
    出隊(duì)temp;
    if(temp!=STARTBYTE1) return 0;
    temp=隊(duì)列首字節(jié);
    if(temp!=STARTBYTE2) return 0;
    出隊(duì)temp;
    sum=STARTBYTE1+STARTBYTE2;
    for(i=0;i<NBYTE-3;i++)
    {
        temp=隊(duì)列首字節(jié);
        if(temp==STARTBYTE1)
        {
             temp=隊(duì)列次首字節(jié);
             if(temp==STARTBYTE2) return 0;
        }
        出隊(duì)temp;
        *cp++=temp;
        Sum+=temp;
    }
    temp=隊(duì)列首字節(jié);
    Sum+=temp;
    if(Sum!=0) return 0;
    出隊(duì)temp;
    return 1;
}

    第三種方法，使用RTOS
    中斷函數(shù)：
        void comm(void) interrupt 4
//"串行口中斷"
{
    OS_INT_ENTER();
    if(RI==1)
    {
        RI=0;
        OSIntSendSignal(RECIVE_TASK_ID);
    }
    OSIntExit();
}

   ID為RECIVE_TASK_ID的任務(wù)
    void Recuve(void)
{
    unsigned char temp,temp1,Sum,i;

    OSWait(K_SIG,0);
    temp=SBUF;
    while(1)
    {
        while(1)
        {
            OSWait(K_SIG,0);
            temp1=SBUF;
            if((temp==STARTBYTE1)&&(temp1==STARTBYTE2)) break;
            temp=temp1;
        }
        Sum=STARTBYTE1+STARTBYTE2;

        OSWait(K_SIG,0);
        temp=SBUF;
        for(i=0;i<NBYTE-3;i++)
        {
            OSWait(K_SIG,0);
            temp1=SBUF;
            if((temp==STARTBYTE1)&&(temp1==STARTBYTE2))
            {
                OSWait(K_SIG,0);
                temp=SBUF;
                i=-1;
                Sum=STARTBYTE1+STARTBYTE2;
                continue;
            }
            Buf[i]=temp;
            Sum+=temp;
            temp=temp1;
        }
        Sum+=temp1;
        if(Sum==0) OSSendSignal(命令解釋任務(wù)ID);
    }
}

    以下為這幾種方法的比較
    可讀性和編程容易性方面，第三鐘方法最好（如果允許使用goto語(yǔ)句，程序更加簡(jiǎn)單易讀），第二種次之（因?yàn)橐庩?duì)列程序），第一種最差。如果協(xié)議更加復(fù)雜，這方面更加明顯。程序簡(jiǎn)單易讀，自然出錯(cuò)機(jī)會(huì)小了。
    RAM占用方面，第三種方法較少，第二種最多（因?yàn)殛?duì)列占用大量空間），第一種最少。
    中斷執(zhí)行時(shí)間方面，第三種方法最長(zhǎng)，第二種最短，第一種較長(zhǎng)。
    從功能方面，第三種方法最強(qiáng)，它還可以進(jìn)行超時(shí)處理（雖然例子程序沒(méi)有），其它方法均不行。
    如果數(shù)據(jù)來(lái)的太快，命令處理程序來(lái)不及處理，三種方法處理方式不太一樣，第一種和第三種方法類(lèi)似：丟棄以前數(shù)據(jù)，第二種則是丟棄后到的數(shù)據(jù)。而且，第二種方法必須等命令處理程序完成后才處理下一個(gè)數(shù)據(jù)包，而第一種和第三種方只需命令處理程序?qū)?shù)據(jù)收取后就可處理下一個(gè)數(shù)據(jù)包。也就是說(shuō)，第一種和第三種與命令處理程序并行處理，第二種方法為串行處理。
    現(xiàn)在，一般情況下，開(kāi)發(fā)的效率第一，執(zhí)行的效率（包括執(zhí)行時(shí)間和資源占用）第二。在這種情況下，降低些許效率換取開(kāi)發(fā)的效率的較大提高，何樂(lè)而不為？何況，單個(gè)模塊的執(zhí)行的效率高不等于整個(gè)程序執(zhí)行效率高。例如，如果程序需要等待一段時(shí)間，一般用程序延時(shí)或定時(shí)器延時(shí)。無(wú)論何種方法，CPU不再處理其它工作，效率很低。而用RTOS，等待的時(shí)候CPU可以處理其它工作，效率得到提高。
    以下摘自《uC/OS-II--源碼公開(kāi)的實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)》
    “實(shí)時(shí)內(nèi)核也稱(chēng)為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)或RTOS。使用它使得實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)和擴(kuò)展變得容易。不需要大的改動(dòng)就可以增加新的功能。通過(guò)應(yīng)用程序分割為若干獨(dú)立的任務(wù)，RTOS使得應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)過(guò)程大為簡(jiǎn)化。使用可剝奪性的內(nèi)核時(shí)，所有時(shí)間要求苛刻的事件都得到了盡可能快捷、有效的處理。通過(guò)有效的服務(wù)；如信號(hào)量、郵箱、隊(duì)列、延時(shí)、超時(shí)等；RTOS使得資源得到更好的利用。
    “如果應(yīng)用項(xiàng)目對(duì)額外的需求可以承受，應(yīng)該考慮使用實(shí)時(shí)內(nèi)核。這些額外的需求是：內(nèi)核的價(jià)格，額外ROM/RAM開(kāi)銷(xiāo)，2至4百分點(diǎn)的CPU額外負(fù)擔(dān)。
    “還有沒(méi)提到的一個(gè)因素是使用實(shí)時(shí)內(nèi)核增加的價(jià)格成本。在一些應(yīng)用中，價(jià)格就是一切，以至于對(duì)使用RTOS連想都不敢想。”
    總而言之，適用的就是最好的，不要拒絕RTOS，在它適用的情況下，它工作得很好。

                                            陳明計(jì)于2002年3月1日
（本文例子均經(jīng)過(guò)驗(yàn)證。并付源程序下載。）