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51单片机操作系统开发中有什么技巧会碰到什么问

来源:未知     作者:威廉希尔     发布时间:2020-05-02 07:57         

  公司在1980年推出的高性能8位单片机,在我国的应用非常广泛。目前,在软件设计中需要软件工程师从底层做起,在系统软件设计方面需要做大量的重复性劳动。如果开发一套基于51系列单片机的操作系统,那么用户只需要编写各个任务的程序,不必同时将所有任务运行的各种情况记在心中,不但大大减少了程序编写的工作量,而且减少了出错的可能性。

  开发平台的选择至关重要,因为有时它不光影响进度、产品质量、可性等一般问题,还涉及到方案的可实现性。

  首先,51系列单片机应用非常广泛,一大批性能优越的51兼容单片机相继推出。这里包括:低功耗、高速度和增强型的Philips公司的系列产品;完美地将Flash(非易失闪存技术)EEPROM与80C51内核结合起来的Atmel公司的系列产品;在抗干扰性能,电磁兼容和通信控制总线功能上独树一帜,其产品常用于工劣场合的Siemens公司的系列产品以及一些其它公司的产品。既然产品如此丰富,性能如此优越,那么在处理多任务并且对实时性要求严格的系统设计中,为了充分挖掘单片机的潜能(尤其是在实时性方面),也是为了简化开发的过程,基于51系列单片机的实时操作系统的需求就十分强烈了。Keil公司的RTX51 Full就是一个基于51系列单片机的有实用价值的实时操作系统,但该操作系统是一个源码不公开的收费软件。

  其次,借助于Keil C51的集成开发,完全可以开发出适用于51系列单片机的操作系统代码。Keil C51软件提供丰富的库函数和功能强大的Windows界面集成开发调试工具。

  另外重要的一点, Keil C51生成的目标代码效率非常高,多数语句生成的汇编代码很紧凑,容易理解。在开发大型软件时,更能体现高级语言的优势。C编译器能产生可重入代码,而且用C语言可以打开和关闭中断。

  因为51系列单片机的系统硬件资源相对匮乏,如果操作系统的代码比应用程序的代码还大,甚至使得用户的应用程序要考虑给操作系统让出资源,这样的操作系统即使功能再完善,也不实用。现在流行的嵌入式操作系统就不能应用于51系列单片机,原因是代码太大。开发一个5000行的基于裸机的应用程序也就是占用7~8KB ROM空间,一个操作系统用掉了几十KB,占空间不算,实时性的优势恐怕也没了(执行这么多的指令要时间)。所以,μCOS的作者也不支持将他的代码移植到51系列单片机上,这也就不奇怪了。

  51系列单片机只有128个或者256个字节的片内RAM空间,稍微不注意就用完了。如果操作系统把片内的RAM使用得所剩无几,那用户的应用程序用什么? 如果说用户的程序可以把变量定义在片外RAM中的话,那么系统的硬件堆栈放在哪? 众所周知,51系列单片机的硬件堆栈不能放在片外,所以要在51系列单片机上开发操作系统的话就要少用它的片内RAM。但是不用片内RAM是办不到的,因为操作系统也要传递参数,也要使用堆栈。C51单片机的C函数传递参数是通过寄存器和存储器的,不能通过堆栈。但是可以通过一些措施使得操作系统代码少用片内RAM。

  开发实时占先式的操作系统,可重入函数用不可的。可重入函数可以被一个以上的任务调用,而不必担心数据被。可重入函数任何时候都可以被中断,一段时间后又可以运行,而应用数据不会丢失。使得函数具有可重入性必须使得函数能够满足下列三个条件之一:

  这些条件在标准C中编程很容易实现,但是在Keil C51中就比较麻烦。因为标准C是把局部变量分配到用户堆栈中(动态分配),而Keil C51将局部变量分配到寄存器或内存固定地址(静态分配),并通过变量覆盖分析的方法,使多个函数的局部变量使用相同的内存地址以减少内存占用。在Keil C51中,如果局部变量分配在寄存器中还好些,如果局部变量分配在内存中就比较麻烦。

  占先式操作系统的主要任务就是进行任务的调度,通过对任务的实时调度来完成系统的功能。任务调度过程中,不可避免的发生任务对系统资源的抢占问题,因为系统中CPU只有一个,而每个任务都认为自己是CPU的绝对占用者,每一个任务都是一个死循环。任务间进行切换的依据就是各自的优先级,一个高优先级的任务可以通过任务调度函数或者中断退出函数等来中止正在运行的任务。被中断的任务只有自己的优先级在当前就绪任务表中最高时,才能从被中断处继续运行。这就需要为每个任务分配任务堆栈,来保存任务的变量。由于每个任务在不同时刻被中断时需要保存的变量数目不同,所以任务堆栈空间的分配问题也是一门学问。

  任务堆栈最好不要放在片内,如果把任务堆栈放在片内的话,用户应用程序可使用的资源就非常有限,应用程序的功能也会受到。这就是为什么某些把任务堆栈放在片内的基于51系列单片机的实时操作系统只能用来做些演示实验,但并不实用。一个有实用价值的基于51系列单片机的实时操作系统必须在512字节以上的RAM中运行。随着集成技术的发展,现在已经出现了很多带有辅助RAM的51系列单片机,这类单片机把片外的RAM集成到芯片内,使用MOVX指令来访问这些RAM。如果用户不想通过三总线来扩展片外RAM的话,可以选用这种带有辅助RAM的单片机。此外,因为操作系统要用到一些全局变量,鉴于处理的速度问题又不想把它们全部的放在片外,那就可以根据这些全局变量应用的频繁程度来决定把哪些移到片外,哪些留在片内。别小看这几个字节的节约,在51系列单片机上效果会很明显。笔者认为在这种资源相对匮乏的单片机上,开发操作系统的最高境界应该是开发一个绿色的操作系统,用户在应用操作系统时可以用的系统资源应该和基于裸机编程差不多。

  应该尽量使有重入性要求的函数的参数传递通过寄存器来完成,这样可以用一般的方法来编写函数,使得函数具有重入性。如果实在是寄存器不够用的话,可以硬件堆栈来保存这些局部变量。

  鉴于各个任务对于任务堆栈大小的要求不同,即使同一个任务在不同的时刻被中断,它对堆栈大小的要求也不相同的情况,可以将任务堆栈多分配出一个字节,用来统计任务堆栈中有效数据的个数。单片机的片内RAM中,堆栈的栈底也做一个标志,当任务切换时,把当前任务放在堆栈中的变量从栈底到栈顶全部拷贝到任务的堆栈中,然后把将要运行任务的任务堆栈中的所有数据恢复到栈底标志开始的地方。任务堆栈和硬件堆栈之间的数据拷贝如图1所示。

  其中,Stack(i)和Stack(j)都是指针数组Stack[max_tasks]中的元素,NUM=SP-StkStart,图1中所要进行的操作步骤是:①将系统硬件堆栈中的内容放到当前任务的堆栈中;②把将要运行的任务的堆栈内容移到系统的硬件堆栈中,并将硬件堆栈中的内容弹出到各个寄存器。这个过程就完成了任务的切换。

  本文介绍了在基于51系列单片机的嵌入式操作系统开发中,可能遇到的几个问题和它们的解决办法。这些想法都是笔者在学习和实践中得来的,相信能够对从事相同工作的人员有一定。

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  ABT16374A是16位边沿触发D型触发器,具有3态输出,专为驱动高电容或相对低而设计负载。它们特别适用于实现缓冲寄存器,I /O端口,双向总线驱动器和工作寄存器。 这些器件可用作两个8位触发器或一个16位触发器。在时钟(CLK)输入的正跳变时,触发器的Q输出采用在数据(D)输入处设置的逻辑电平。 缓冲输出使能(OE \)输入可用于将8个输出置于正常逻辑状态(高或低逻辑电平)或高阻态。在高状态下,输出既不会加载也不会显着驱动总线。高状态和增加的驱动提供了驱动总线的能力,而无需接口或上拉组件。 OE \不会影响触发器的内部操作。当输出处于高阻态时,可以保留旧数据或输入新数据。 当VCC介于0和2.1 V之间时,器件在上电或断电期间处于高阻态。但是,为了确保2.1 V以上的高阻态,OE \应通过上拉电阻连接到VCC;电阻的最小值由驱动器的电流吸收能力决定。 SN54ABT16374A的特点是可在-55C至125C的整个军用温度范围内工作。 SN74ABT16374A的特点是在-40C至85C的温度范围内工作。 特性 ...

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  SN74ABTH162260 具有阻尼电阻和三态输出的 12 位到 24 位多复用 D 类锁存器

  ABTH162260是12位至24位多复用D型锁存器,用于两个数据径必须复用或复用的应用中。 ,单一数据径。典型应用包括在微处理器或总线接口应用中复用和/或解复用地址和数据信息。这些器件在存储器交错应用中也很有用。 三个12位I /O端口(A1-A12,1B1-1B12和2B1-2B12)可用于地址和/或数据传输。输出使能(OE1B \,OE2B \和OEA \)输入控制总线B \控制信号还允许A-to-B方向的存储体控制。 可以使用内部存储锁存器存储地址和/或数据信息。锁存使能(LE1B,LE2B,LEA1B和LEA2B)输入用于控制数据存储。当锁存使能输入为高电平时,锁存器是透明的。当锁存使能输入变为低电平时,输入端的数据被锁存并保持锁存状态,直到锁存使能输入返回高电平为止。 B端口输出设计为吸收高达12 mA的电流,包括等效的25系列电阻,以减少过冲和下冲。 提供有源总线保持电,用于保持有效逻辑电平的未使用或浮动数据输入。 当VCC介于0和2.1 V之间时,器件在上电或断电期间处于高阻态。但是,为了确保2.1 V以上的高阻态,OE \应通过...

  这些20位透明D型锁存器具有同相三态输出,专为驱动高电容或相对低负载而设计。它们特别适用于实现缓冲寄存器,I /O端口,双向总线驱动器和工作寄存器。 ?? ABT162841器件可用作两个10位锁存器或一个20位锁存器。锁存使能(1LE或2LE)输入为高电平时,相应的10位锁存器的Q输出跟随数据(D)输入。当LE变为低电平时,Q输出锁存在D输入设置的电平。 缓冲输出使能(10E或2OE)输入可用于放置输出。相应的10位锁存器处于正常逻辑状态(高或低逻辑电平)或高阻态。在高状态下,输出既不会加载也不会显着驱动总线。 输出设计为吸收高达12 mA的电流,包括等效的25- 用于减少过冲和下冲的电阻。 这些器件完全适用于使用I的热插入应用关闭并启动3状态。 Ioff电禁用输出,防止在断电时损坏通过器件的电流回流。上电和断电期间,上电三态电将输出置于高阻态,从而防止驱动器冲突。 为确保上电或断电期间的高阻态, OE \应通过上拉电阻连接到VCC;电阻的最小值由驱动器的电流吸收能力决定。 OE \不影响锁存器的内部操作。当输出处于高阻态时,可以保留旧数据...

  SN74ALVTH16821 具有三态输出的 2.5V/3.3V 20 位总线位总线 VVCC操作,但能够为5 V系统提供TTL接口。 这些器件可用作两个10位触发器或一个20位触发器。 20位触发器是边沿触发的D型触发器。在时钟(CLK)的正跳变时,触发器存储在D输入端设置的逻辑电平。 缓冲输出使能(OE \)输入可用于将10个输出置于正常逻辑状态(高电平或低电平)或高阻态。在高状态下,输出既不会加载也不会显着驱动总线。高状态和增加的驱动提供了驱动总线的能力,而无需接口或上拉组件。 OE \不会影响触发器的内部操作。当输出处于高阻态时,可以保留旧数据或输入新数据。 当VCC介于0和1.2 V之间时,器件在上电或断电期间处于高阻态。但是,为了确保1.2 V以上的高阻态,OE \应通过上拉电阻连接到VCC;电阻的最小值由驱动器的电流吸收能力决定。 提供有源总线保持电,用于保持有效逻辑电平的未使用或浮动数据输入。 SN54ALVTH16821的特点是可在-55C至125C的整个军用温度范围内工作。 SN74ALVTH16821的工作温度范围为-40&de...

  SN74ALVTH16374 具有三态输出的 2.5V/3.3V 16 位边沿 D 类触发器

  ALVTH16374器件是16位边沿触发D型触发器,具有3态输出,设计用于2.5V或3.3VV

  CC 操作,但能够为5 V系统提供TTL接口。这些器件特别适用于实现缓冲寄存器,I /O端口,双向总线驱动器和工作寄存器。 这些器件可用作两个8位触发器或一个16位翻转器。翻牌。在时钟(CLK)的正跳变时,触发器存储在数据(D)输入处设置的逻辑电平。 缓冲输出使能(OE)输入可用于将8个输出置于正常逻辑状态(高或低逻辑电平)或高阻态。在高状态下,输出既不会加载也不会显着驱动总线。高状态和增加的驱动提供了驱动总线的能力,而无需接口或上拉组件。 OE不影响触发器的内部操作。当输出处于高阻态时,可以保留旧数据或输入新数据。 提供有源总线保持电,用于保持有效逻辑电平的未使用或浮动数据输入。 /p

  当VCC介于0和1.2 V之间时,器件在上电或断电期间处于高阻态。但是,为了确保1.2 V以上的高阻态,OE应通过上拉电阻连接到VCC;电阻的最小值由驱动器的电流吸收能力决定。 SN54ALVTH16374的特点是在-55C至125C的整个军用温度...

  SN74ABTH16823 具有三态输出的 18 位总线态输出,专为驱动高电容或相对低负载而设计。它们特别适用于实现更宽的缓冲寄存器,I /O端口,带奇偶校验的双向总线驱动器和工作寄存器。 ABTH16823可用作两个9位触发器或一个18位触发器。当时钟使能(CLKEN \)输入为低电平时,D型触发器在时钟的低到高转换时输入数据。将CLKEN \置为高电平会禁用时钟缓冲器,锁存输出。将清零(CLR \)输入置为低电平会使Q输出变为低电平,与时钟无关。 缓冲输出使能(OE \)输入可用于将9个输出置于正常逻辑状态(高或低逻辑电平)或高阻态。在高状态下,输出既不会加载也不会显着驱动总线。高状态和增加的驱动提供了驱动总线的能力,而无需接口或上拉组件。 OE \不会影响触发器的内部操作。当输出处于高阻态时,可以保留旧数据或输入新数据。 当VCC介于0和2.1 V之间时,器件在上电或断电期间处于高阻态。但是,为了确保2.1 V以上的高阻态,OE \应通过上拉电阻连接到VCC;电阻的最小值由驱动器的电流吸收能力决定。 提供有源总线保持电,用于保持有效逻辑电平的未使用或浮动数据输入。 ...

  SNxAHCT16373器件是16位透明D型锁存器,具有3态输出,专为驱动高电容或相对低负载而设计。它们特别适用于实现缓冲寄存器,I /O端口,双向总线驱动器和工作寄存器。 特性 仪器Widebus系列的 EPIC(增强型高性能注入CMOS)工艺 输入兼容TTL电压 分布式VCC和GND引脚最大限度地提高高速 开关噪声 流通式架构优化PCB布局 每个JESD的闩锁性能超过250 mA 17 ESD每个MIL-STD超过2000 V- 883, 方法3015;使用机器型号超过200 V(C = 200 pF,R = 0) 封装选项包括: 塑料收缩小外形(DL)封装

  薄收缩小外形(DGG)封装 薄超小外形(DGV)封装 80-mil精细间距陶瓷扁平(WD)封装 25密耳的中心间距 参数 与其它产品相比D 类锁存器 ...

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