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單片機(jī)系統(tǒng)中的多任務(wù)多線程機(jī)制的實(shí)現(xiàn)
摘要：單片機(jī)系統(tǒng)的開發(fā)多情況下不是在嵌入式操作系統(tǒng)平臺(tái)上進(jìn)行的，而是直接基于處理器編寫。在多任務(wù)并行執(zhí)行的要求下，可以借鑒操作系統(tǒng)中的任務(wù)和線程機(jī)制，對(duì)資源和處理器合理進(jìn)行調(diào)度。本文以實(shí)例對(duì)此進(jìn)行討論。關(guān)鍵詞：單片機(jī) 任務(wù) 線程 并行處理
引言
首先要指出的是一點(diǎn)是，我們不是討論嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)（RTOS）的設(shè)計(jì)。我們討論的是，在不使用RTOS的控制系統(tǒng)中，如何體現(xiàn)多任務(wù)多線程機(jī)制的程序設(shè)計(jì)思想。
一些嵌入式設(shè)備可以需要操作系統(tǒng)，例如掌上電腦、PDA、網(wǎng)絡(luò)控制器等高性能的手持設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備。它們往往和無(wú)線通信、互聯(lián)網(wǎng)訪問和多媒體處理等復(fù)雜而強(qiáng)大的功能聯(lián)系在一起；對(duì)CPU要求也很高，往往是以通用CPU為原型的各種高端嵌入式處理器。
作為一個(gè)完整的操作系統(tǒng)，RTOS有一個(gè)可靠性很高的實(shí)時(shí)內(nèi)核，將CPU時(shí)間、中斷、I/O、定時(shí)器等資源都包括起來(lái)，留給用戶一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口（API）；根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，合理地在不同任務(wù)之間分配CPU的時(shí)間，保證程序執(zhí)行的實(shí)時(shí)性、可靠性。內(nèi)核一般都能提供任務(wù)調(diào)度和中斷服務(wù)等功能，部分高檔商業(yè)化產(chǎn)品，如Windows XP Embedded，甚至支持32位地址空間、虛擬存儲(chǔ)管理、多進(jìn)程以及嵌入式操作系統(tǒng)中不多見的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）。對(duì)于這些RTOS來(lái)說(shuō)，多任務(wù)實(shí)時(shí)處理不是件困難的事情。
但更多的情況下，用戶使用的是另一類CPU——微控制器，即單片機(jī)，往往是按照某一流程執(zhí)行單一任務(wù)。出于成本和技術(shù)上的原因，這類軟件開發(fā)多數(shù)還是基于處理器直接編寫，沒有選配實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺(tái)，也不需要將系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件分開處理。但是在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)也會(huì)面臨同時(shí)處理多個(gè)并行任務(wù)的要求，這就需要安排一種運(yùn)行機(jī)制，來(lái)模擬RTOS中的處理方法。
1 RTOS中的設(shè)計(jì)思想
單處理機(jī)多道程序系統(tǒng)具有如下特征：
①?gòu)暮暧^上看，幾種程序“同時(shí)運(yùn)行”。即它們先后開始了各自的運(yùn)行，且均未結(jié)束。
②從微機(jī)上看，幾道程序“交替執(zhí)行”。對(duì)于單處理機(jī)系統(tǒng)而言，它們只能輪流地占用CPU。
其實(shí)質(zhì)是指幾道程序在處理機(jī)中“交替執(zhí)行”。我們按照現(xiàn)在常用的方法，把一道程序和一個(gè)任務(wù)對(duì)應(yīng)，把任務(wù)中的每個(gè)分開的、獨(dú)立執(zhí)行的部分稱之為線程。
具體到RTOS來(lái)說(shuō)，一方面，實(shí)時(shí)操作中的多任務(wù)引起的并發(fā)性和實(shí)時(shí)性，要求操作系統(tǒng)對(duì)資源分配具有更強(qiáng)的控制能力。通常的辦法是采取設(shè)立前臺(tái)與后臺(tái)兩個(gè)作業(yè)的分配辦法。前臺(tái)作業(yè)中包含實(shí)時(shí)采集、控制、處理有關(guān)的任務(wù)，任務(wù)優(yōu)先級(jí)較高；后臺(tái)作
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