基于MSP430单片机的实时多任务操作系统
摘要实时多任务操作系统(RTOS)能有效提高嵌入式平台的资源利用效率,是嵌入式应用的必然趋势。本文阐述基于MSP430F149的RTOS——M430/OS。它由汇编写成、短小精干、占用系统资源少、运行稳定可靠,目前已在思达高科配网技术公司产品上得到应用。
关键词RTOS 任务调度 MSP430
1 在MSP430上使用RTOS的意义
一般的观点认为,MSP430上使用RTOS是没有意义的这是可以理解的。因为MSP430的硬件资源有限(以MSP430F149为例,只有2KB RAM),任何商业操作系统都不可能移植到MSP430上。目前在MSP430上得到应用的RTOS,只有μC/OS-II,但使用μC/OS-II 必须有昂贵的C编译器,这严重地限制了其在MSP430上的使用。
正是基于以上情况,笔者在应用MSP430过程中,编写了一个基于MSP430F149的RTOS,暂定名为M430/OS。它占用RAM量少、代码短小,稍加改动就可适用于大多数其它MSP430单片机。
在MSP430单片机系统上使用M430/OS,对系统有以下意义：
① 实现软件设计的模块化。可将不同的功能模块编制成相应的任务,由操作系统按级别调用,不必为先执行哪个功能、后执行哪个功能而费神。
② 能更合理、有效地利用CPU有限的资源。按任务的重要程度安排任务的级别,能够保证最重要的任务得以最及时执行。
③ 大大降低系统故障率。低优先级的任务发生阻塞时,高优先级任务的执行不受影响。
2 M430/OS在MSP430F149上的实现
2.1 M430/OS功能特点
M430/OS有以下特点：
① 采用占先式内核,即高优先级的任务可以从低优先级任务“抢”回CPU控制权;
② 每个任务都单独开辟一个任务栈;
③ 每个任务占十几到几百字节的任务堆栈,任务栈的大小可以根据任务中现场数据、局部变量和嵌套调用的情况估算;
④ 每个任务各分配一个优先级,不支持两个任务有相同的优先级;
⑤ 不支持信号量、邮箱功能;
⑥ 任务状态只有三种：运行(executing)、就绪(ready)、挂起(suspended);
⑦ 系统占用RAM量=（（任务个数+1）×4）+6字节,不包括任务堆栈;
⑧ 代码量少,目前版本的代码共有86行汇编代码,256字节目标代码;
⑨ 理论上最多支持126个任务;
⑩ 任务锁定功能：在一段低优先级的代码中,不想让操作系统把CPU权切换到别的任务,这时可以把这代码锁定,在运行这段代码时,就不会引起任务切换;
任务唤醒功能：在一个任务中产生一个的事件来触发其它任务运行（如果被触发的任务优先级高的话,就会马上运行）。
2.2 系统函数介绍
① OS_Init：多任务初始化,进行任务栈（任务栈的结构见图1）、任务延时计数、任务状态的初始化。初始化完成后,系统直接切换到最高优先级的任务,多任务系统启动。
② OS_Time_Dly：把当前任务挂起一段指定时间让其它任务运行。
③ OS_Sched：任务调度,它先把每个任务的延时数减1,然后再找出最高优先级的就绪任务,并切换到这个就绪任务。如果无就绪任务,就切换到空闲任务。
④ OS_Free_Task：空闲任务,是一个很重要的系统任务,当所有任务都挂起时,运行此任务。它主要是对一个计数器Free_Count一直进行累加,用户可以根据这个计数器计算出CPU的利用率。
⑤ OS_Task_Lock：锁定任务调度,禁止任务调度。主要用来锁定在低优先级中的一些可重入的代码或一些重要代码。
⑥ OS_Task_Unlock：解锁任务调度,和上面的子程序功能相反。
⑦ OS_Task_Wakeup：唤醒指定优先级的任务,并产生一次任务调度,如果被唤醒任务的优先级比当前运行的任务的优先级高,任务就会切换到被唤醒的任务中,否则等待下一个调度时机。
2.3 主要功能的实现
（1） 任务初始化
系统加电运行后,首先对硬件资源进行初始化,接着就要对多任务进行初始化了。主要是初始化每个任务的任务栈、每个任务的时钟滴答数和堆栈指针位置。我们把每个任务栈都初始化成图1形式。
图1 初始化好的任务栈结构
任务栈的初始化如下程序（r11是用来初始任务堆栈的一个指针,r10是一个循环计数器）：
