RTX51用戶專用鍵盤(pán)軟件設(shè)計(jì)方案

RTX51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)行單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)，可以真正做到各任務(wù)并行執(zhí)行，同時(shí)，由于程序結(jié)構(gòu)更加科學(xué)合理，可以方便地實(shí)現(xiàn)修改升級(jí)，以滿足功能較多的設(shè)計(jì)要求。
　　1 用戶專用鍵盤(pán)簡(jiǎn)介
　　用戶專用鍵盤(pán)多使用在工業(yè)控制場(chǎng)合，它由按鍵和指示燈組成，對(duì)外采用RS232接口，當(dāng)某個(gè)按鍵按下時(shí)，鍵盤(pán)將命令（碼值）發(fā)送計(jì)算機(jī)，同時(shí)，鍵盤(pán)接收來(lái)自計(jì)算機(jī)的命令（碼值）點(diǎn)亮（熄滅）某個(gè)指示燈，以指示系統(tǒng)工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)快速人機(jī)交互。用戶專用鍵盤(pán)硬件原理框圖如圖1所示。
　　
　　圖中，可編程邏輯芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)輸出接口擴(kuò)展，其內(nèi)部包含多個(gè)輸出鎖存器。工作時(shí)，單片機(jī)輸出的地址信號(hào)經(jīng)可編程芯片內(nèi)部譯碼器譯碼產(chǎn)生片選信號(hào)，使能不同的輸出鎖存器，將數(shù)據(jù)信號(hào)輸出控制各個(gè)指示燈的亮／滅。
　　2 RTX51實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)介紹
　　RTX51是德國(guó)Keil公司開(kāi)發(fā)的一種應(yīng)用于MCS51系列單片機(jī)的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，它有兩個(gè)版本，RTX51 Full和RTX51 Tiny，本文采用RTX51 Tiny進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)。RTX51 Tiny是一個(gè)很小的內(nèi)核，完全集成在Keil C51編譯器中，它可以很容易地運(yùn)行在沒(méi)有擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器的單片機(jī)系統(tǒng)上，并且僅占用800字節(jié)左右的程序存儲(chǔ)空間。
　　RTX51 Tiny允許最大16個(gè)任務(wù)循環(huán)切換，在實(shí)現(xiàn)上，它采用時(shí)間片輪轉(zhuǎn)算法，系統(tǒng)每次調(diào)度時(shí)，把CPU分配給一個(gè)就緒的任務(wù)，并令其執(zhí)行一個(gè)時(shí)間片，構(gòu)成微觀上輪流運(yùn)行、宏觀上并行執(zhí)行的多任務(wù)效果。RTX51 Tiny支持任務(wù)間的信號(hào)傳遞，還能并行地利用中斷功能。
　　RTX51 Tiny的用戶任務(wù)主要具有以下幾個(gè)狀態(tài)：
　　·運(yùn)行（RUNNING）：任務(wù)正處于運(yùn)行中。同一時(shí)刻只有一個(gè)任務(wù)可以處于“RUNNING”狀態(tài)。
　　·準(zhǔn)備好（READY）：等待運(yùn)行的任務(wù)處于“READY”狀態(tài)。在當(dāng)前運(yùn)行的任務(wù)退出運(yùn)行狀態(tài)后，就緒隊(duì)列中的任務(wù)根據(jù)調(diào)度策略被調(diào)度執(zhí)行，進(jìn)入到運(yùn)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(diào)度。
　　RTX51 Tiny內(nèi)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(shù)調(diào)用引發(fā)的時(shí)間延時(shí)，持續(xù)時(shí)間可由定時(shí)節(jié)拍數(shù)確定。帶有TIMEOUT值調(diào)用OS-it函數(shù)的任務(wù)將被掛起，直到延時(shí)結(jié)束，才返回到“READY”。
　　·間隔（INTERVAL）：由OS-wait函數(shù)調(diào)用引發(fā)的時(shí)間間隔，其間隔時(shí)間可由定時(shí)節(jié)拍數(shù)確定。帶有INTERVAL值調(diào)用wait函數(shù)的任務(wù)將被掛起，直到間隔時(shí)間結(jié)束，然后返回到READY狀態(tài)。與TIMEOUT不同的是，任務(wù)的節(jié)拍計(jì)數(shù)器不復(fù)位，典型應(yīng)用是產(chǎn)生時(shí)鐘。
　　·信號(hào)（SIGNAL）：系統(tǒng)定義的位變量，可以由系統(tǒng)函數(shù)置位或清除。可以調(diào)用OS-wait函數(shù)暫停一個(gè)任務(wù)并等待從另一任務(wù)發(fā)出的信號(hào)，這可以用于協(xié)調(diào)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(hào)并且信號(hào)標(biāo)志為0，則在收到這個(gè)信號(hào)之前，這個(gè)任務(wù)將一直處于掛起狀態(tài)。如果信號(hào)標(biāo)志已經(jīng)被置1，則當(dāng)任務(wù)查詢信號(hào)時(shí)，信號(hào)標(biāo)志會(huì)被清除，任務(wù)將可以被繼續(xù)執(zhí)行。
　　3 用戶專用鍵盤(pán)軟件設(shè)計(jì)
　　3．1 任務(wù)分配
　　根據(jù)前面對(duì)用戶專用鍵盤(pán)功能的描述，它主要實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)功能：
　?。?）按鍵處理；
　?。?）串口數(shù)據(jù)處理。
　　其中功能（1）又可細(xì)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；
　　任務(wù)3：串口發(fā)送；
　　同樣，功能（2）也可細(xì)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(shù)據(jù)處理；
　　以上兩個(gè)功能需要并行運(yùn)行，而內(nèi)部的子任務(wù)之間為前級(jí)驅(qū)動(dòng)后級(jí)的關(guān)系，在程序?qū)嶋H運(yùn)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(yùn)行狀態(tài)，鑒于此，需要在程序設(shè)計(jì)時(shí)創(chuàng)建5個(gè)子任務(wù)。
　　采用時(shí)間輪詢的方式?jīng)Q定了某個(gè)任務(wù)在執(zhí)行完時(shí)間片后，在下一次執(zhí)行前需要等待固定的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間與系統(tǒng)的任務(wù)數(shù)及每個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間密切相關(guān)，為避免數(shù)據(jù)丟失，串口接收任務(wù)應(yīng)及時(shí)讀取接收緩存器中的數(shù)據(jù)。由于中斷處理過(guò)程與正在運(yùn)行的任務(wù)是相互獨(dú)立的，即中斷處理過(guò)程在RTX51系統(tǒng)內(nèi)核之外和任務(wù)切換規(guī)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(shù)據(jù)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(jié)后觸發(fā)串口發(fā)送中斷標(biāo)志，再次進(jìn)入中斷服務(wù)程序繼續(xù)下一字節(jié)數(shù)據(jù)的發(fā)送，則可以方便地實(shí)現(xiàn)上述要求。根據(jù)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(tǒng)子任務(wù)的個(gè)數(shù)由5個(gè)減少為3個(gè)，調(diào)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（TASK KEY）；
　　任務(wù)3：串口數(shù)據(jù)處理（（TASK LIGHT））；
　　中斷服務(wù)程序：串口接收、發(fā)送。