想了很久，要不要寫這篇文章？最后覺得對(duì)操作系統(tǒng)感興趣的人還是很多，寫吧。我不一定能造出玉，但我可以拋出磚。

　　包括我在內(nèi)的很多人都對(duì)51使用操作系統(tǒng)呈悲觀態(tài)度，因?yàn)?1的片上資源太少。但對(duì)于很多要求不高的系統(tǒng)來說，使用操作系統(tǒng)可以使代碼變得更直觀，易于維護(hù)，所以在51上仍有操作系統(tǒng)的生存機(jī)會(huì)。

　　流行的uCos，Tiny51等，其實(shí)都不適合在2051這樣的片子上用，占資源較多，唯有自已動(dòng)手，以不變應(yīng)萬變，才能讓51也有操作系統(tǒng)可用。這篇貼子的目的，是教會(huì)大家如何現(xiàn)場(chǎng)寫一個(gè)OS，而不是給大家提供一個(gè)OS版本。提供的所有代碼，也都是示例代碼，所以不要因?yàn)樗鼪]什么功能就說LAJI之類的話。如果把功能寫全了，一來估計(jì)你也不想看了，二來也失去靈活性沒有價(jià)值了。

　　下面的貼一個(gè)示例出來，可以清楚的看到，OS本身只有不到10行源代碼，編譯后的目標(biāo)代碼60字節(jié)，任務(wù)切換消耗為20個(gè)機(jī)器周期。相比之下，KEIL內(nèi)嵌的TINY51目標(biāo)代碼為800字節(jié)，切換消耗100~700周期。唯一不足之處是，每個(gè)任務(wù)要占用掉十幾字節(jié)的堆棧，所以任務(wù)數(shù)不能太多，用在128B內(nèi)存的51里有點(diǎn)難度，但對(duì)于52來說問題不大。這套代碼在36M主頻的STC12C4052上實(shí)測(cè)，切換任務(wù)僅需2uS.

　　#include

　　#define MAX_TASKS 2 //任務(wù)槽個(gè)數(shù)。必須和實(shí)際任務(wù)數(shù)一至

　　#define MAX_TASK_DEP 12 //最大棧深。最低不得少于2個(gè)，保守值為12.

　　unsigned char idata task_stack［MAX_TASKS］［MAX_TASK_DEP］; //任務(wù)堆棧。

　　unsigned char task_id; //當(dāng)前活動(dòng)任務(wù)號(hào) //任務(wù)切換函數(shù)（任務(wù)調(diào)度器）

　　void task_switch（）{

　　task_sp［task_id］ = SP;

　　if（++task_id == MAX_TASKS）

　　task_id = 0;

　　SP = task_sp［task_id］;

　　} //任務(wù)裝入函數(shù)。將指定的函數(shù)（參數(shù)1）裝入指定（參數(shù)2）的任務(wù)槽中。如果該槽中原來就有任務(wù)，則原任務(wù)丟失，但系統(tǒng)本身不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。

　　void task_load（unsigned int fn， unsigned char tid）

　　{

　　task_sp［tid］ = task_stack［tid］ + 1;

　　task_stack［tid］［0］ = （unsigned int）fn & 0xff;

　　task_stack［tid］［1］ = （unsigned int）fn 》》 8;

　　}//從指定的任務(wù)開始運(yùn)行任務(wù)調(diào)度。調(diào)用該宏后，將永不返回。

　　#define os_start（tid） {task_id = tid，SP = task_sp［tid］;return;}

　　/*======================以下為測(cè)試代碼======================*/ void task1（）

　　{

　　static unsigned char i;

　　while（1）{

　　i++;

　　task_switch（）; //編譯后在這里打上斷點(diǎn)

　　}

　　} void task2（）

　　{

　　static unsigned char j;

　　while（1）{

　　j+=2;

　　task_switch（）; //編譯后在這里打上斷點(diǎn)

　　}

　　} void main（）

　　{

　　//這里裝載了兩個(gè)任務(wù)，因此在定義MAX_TASKS時(shí)也必須定義為2

　　task_load（task1， 0）; //將task1函數(shù)裝入0號(hào)槽

　　task_load（task2， 1）; //將task2函數(shù)裝入1號(hào)槽

　　os_start（0）;

　　}

　　這樣一個(gè)簡單的多任務(wù)系統(tǒng)雖然不能稱得上真正的操作系統(tǒng)，但只要你了解了它的原理，就能輕易地將它擴(kuò)展得非常強(qiáng)大，想知道要如何做嗎？

　　一。什么是操作系統(tǒng)？

　　人腦比較容易接受“類比”這種表達(dá)方式，我就用“公交系統(tǒng)”來類比“操作系統(tǒng)”吧。

　　當(dāng)我們要解決一個(gè)問題的時(shí)候，是用某種處理手段去完成它，這就是我們常說的“方法”，計(jì)算機(jī)里叫“程序”（有時(shí)候也可以叫它“算法”）。

　　以出行為例，當(dāng)我們要從A地走到B地的時(shí)候，可以走著去，也可以飛著去，可以走直線，也可以繞彎路，只要能從A地到B地，都叫作方法。這種從A地到B的需求，相當(dāng)于計(jì)算機(jī)里的“任務(wù)”，而實(shí)現(xiàn)從A地到B地的方法，叫作“任務(wù)處理流程”

　　很顯然，這些走法中，并不是每種都合理，有些傻子都會(huì)采用的，有些是傻子都不采會(huì)用的。用計(jì)算機(jī)的話來說就是，有的任務(wù)處理流程好，有的任務(wù)處理流程好，有的處理流程差。

　　可以歸納出這么幾種真正算得上方法的方法：

　　有些走法比較快速，適合于趕時(shí)間的人;有些走法比較省事，適合于懶人;有些走法比較便宜，適合于窮人。

　　用計(jì)算機(jī)的話說就是，有些省CPU，有些流程簡單，有些對(duì)系統(tǒng)資源要求低。

　　現(xiàn)在我們可以看到一個(gè)問題：

　　如果全世界所有的資源給你一個(gè)人用（單任務(wù)獨(dú)占全部資源），那最適合你需求的方法就是好方法。但事實(shí)上要外出的人很多，例如10個(gè)人（10個(gè)任務(wù)），卻只有1輛車（1套資源），這叫作“資源爭(zhēng)用”。

　　如果每個(gè)人都要使用最適合他需求的方法，那司機(jī)就只好給他們一人跑一趟了，而在任一時(shí)刻里，車上只有一個(gè)乘客。這叫作“順序執(zhí)行”，我們可以看到這種方法對(duì)系統(tǒng)資源的浪費(fèi)是嚴(yán)重的。

　　如果我們沒有法力將1臺(tái)車變成10臺(tái)車來送這10個(gè)人，就只好制定一些機(jī)制和約定，讓1臺(tái)車看起來像10臺(tái)車，來解決這個(gè)問題的辦法想必大家都知道，那就是制定公交線路。

　　最簡單的辦法是將所有旅客需要走的起點(diǎn)與終點(diǎn)串成一條線，車在這條線上開，乘客則自已決定上下車。這就是最簡單的公交線路。它很差勁，但起碼解決客人們對(duì)車爭(zhēng)用。對(duì)應(yīng)到計(jì)算機(jī)里，就是把所有任務(wù)的代碼混在一起執(zhí)行。

　　這樣做既不優(yōu)異雅，也沒效率，于是司機(jī)想了個(gè)辦法，把這些客戶叫到一起商量，將所有客人出行的起點(diǎn)與終點(diǎn)羅列出來，統(tǒng)計(jì)這些線路的使用頻度，然后制定出公交線路：有些路線可以合并起來成為一條線路，而那些不能合并的路線，則另行開辟行車車次，這叫作“任務(wù)定義”。另外，對(duì)于人多路線，車次排多點(diǎn)，時(shí)間上也優(yōu)先安排，這叫作“任務(wù)優(yōu)先級(jí)”。

　　經(jīng)過這樣的安排后，雖然仍只有一輛車，但運(yùn)載能力卻大多了。這套車次/路線的按排，就是一套“公交系統(tǒng)”。哈，知道什么叫操作系統(tǒng)了吧？它也就是這么樣的一種約定。

　　操作系統(tǒng)：

　　我們先回過頭歸納一下：

　　汽車 系統(tǒng)資源。主要指的是CPU，當(dāng)然還有其它，比如內(nèi)存，定時(shí)器，中斷源等。

　　客戶出行 任務(wù)

　　正在走的路線 進(jìn)程

　　一個(gè)一個(gè)的運(yùn)送旅客 順序執(zhí)行

　　同時(shí)運(yùn)送所有旅客 多任務(wù)并行

　　按不同的使用頻度制定路線并優(yōu)先跑較繁忙的路線 任務(wù)優(yōu)先級(jí)

　　計(jì)算機(jī)內(nèi)有各種資源，單從硬件上說，就有CPU，內(nèi)存，定時(shí)器，中斷源，I/O端口等。而且還會(huì)派生出來很多軟件資源，例如消息池。

　　操作系統(tǒng)的存在，就是為了讓這些資源能被合理地分配。

　　最后我們來總結(jié)一下，所謂操作系統(tǒng)，以我們目前權(quán)宜的理解就是：為“解決計(jì)算機(jī)資源爭(zhēng)用而制定出的一種約定”。

　　二.51上的操作系統(tǒng)

　　對(duì)于一個(gè)操作系統(tǒng)來說，最重要的莫過于并行多任務(wù)。在這里要澄清一下，不要拿當(dāng)年的DOS來說事，時(shí)代不同了。況且當(dāng)年IBM和小比爾著急將PC搬上市，所以才抄襲PLM（好象是叫這個(gè)名吧？記不太清）搞了個(gè)今天看來很“粗制濫造”的DOS出來?？纯串?dāng)時(shí)真正的操作系統(tǒng)---UNIX，它還在紙上時(shí)就已經(jīng)是多任務(wù)的了。

　　對(duì)于我們PC來說，要實(shí)現(xiàn)多任務(wù)并不是什么問題，但換到MCU卻很頭痛：

　　1.系統(tǒng)資源少

　　在PC上，CPU主頻以G為單位，內(nèi)存以GB為單位，而MCU的主頻通常只有十幾M，內(nèi)存則是Byts.在這么少的資源上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)，就意味著操作系統(tǒng)必須盡可能的少占用硬件資源。

　　2.任務(wù)實(shí)時(shí)性要求高

　　PC并不需要太關(guān)心實(shí)時(shí)性，因?yàn)镻C上幾乎所有的實(shí)時(shí)任務(wù)都被專門的硬件所接管，例如所有的聲卡網(wǎng)卡顯示上都內(nèi)置有DSP以及大量的緩存.CPU只需坐在那里指手劃腳告訴這些板卡如何應(yīng)付實(shí)時(shí)信息就行了。

　　而MCU不同，實(shí)時(shí)信息是靠CPU來處理的，緩存也非常有限，甚至沒有緩存。一旦信息到達(dá)，CPU必須在極短的時(shí)間內(nèi)響應(yīng)，否則信息就會(huì)丟失。

　　就拿串口通信來舉例，在標(biāo)準(zhǔn)的PC架構(gòu)里，巨大的內(nèi)存允許將信息保存足夠長的時(shí)間。而對(duì)于MCU來說內(nèi)存有限，例如51僅有128字節(jié)內(nèi)存，還要扣除掉寄存器組占用掉的8~32個(gè)字節(jié)，所以通常都僅用幾個(gè)字節(jié)來緩沖。當(dāng)然，你可以將數(shù)據(jù)的接收與處理的過程合并，但對(duì)于一個(gè)操作系統(tǒng)來說，不推薦這么做。

　　假定以115200bps通信速率向MCU傳數(shù)據(jù)，則每個(gè)字節(jié)的傳送時(shí)間約為9uS，假定緩存為8字節(jié)，則串口處理任務(wù)必須在70uS內(nèi)響應(yīng)。

　　這兩個(gè)問題都指向了同一種解決思路：操作系統(tǒng)必須輕量輕量再輕量，最好是不占資源（那當(dāng)然是做夢(mèng)啦）。

　　可用于MCU的操作系統(tǒng)很多，但適合51（這里的51專指無擴(kuò)展內(nèi)存的51）幾乎沒有。前陣子見過一個(gè)“圈圈操作系統(tǒng)”，那是我所見過的操作系統(tǒng)里最輕量的，但仍有改進(jìn)的余地。

　　很多人認(rèn)為，51根本不適合使用操作系統(tǒng)。其實(shí)我對(duì)這種說法并不完全接受，否則也沒有這篇文章了。

　　我的看法是，51不適合采用“通用操作系統(tǒng)”。所謂通用操作系統(tǒng)就是，不論你是什么樣的應(yīng)用需求，也不管你用什么芯片，只要你是51，通通用同一個(gè)操作系統(tǒng)。

　　這種想法對(duì)于PC來說沒問題，對(duì)于嵌入式來說也不錯(cuò)，對(duì)AVR來說還湊合，而對(duì)于51這種“貧窮型”的MCU來說，不行。

　　怎樣行？量體裁衣，現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需求構(gòu)建一個(gè)操作系統(tǒng)出來！

　　看到這里，估計(jì)很多人要翻白眼了，大體上兩種：

　　1.操作系統(tǒng)那么復(fù)雜，說造就造，當(dāng)自已是神了？

　　2.操作系統(tǒng)那么復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)造一個(gè)會(huì)不會(huì)出BUG？

　　哈哈，看清楚了？問題出在“復(fù)雜”上面，如果操作系統(tǒng)不復(fù)雜，問題不就解決了？

　　事實(shí)上，很多人對(duì)操作系統(tǒng)的理解是片面的，操作系統(tǒng)不一定要做得很復(fù)雜很全面，就算僅個(gè)多任務(wù)并行管理能力，你也可以稱它操作系統(tǒng)。

　　只要你對(duì)多任務(wù)并行的原理有所了解，就不難現(xiàn)場(chǎng)寫一個(gè)出來，而一旦你做到了這一點(diǎn)，為各任務(wù)間安排通信約定，使之發(fā)展成一個(gè)為你的應(yīng)用系統(tǒng)量身定做的操作系統(tǒng)也就不難了。

　　為了加深對(duì)操作系統(tǒng)的理解，可以看一看《《演變》》這份PPT，讓你充分了解一個(gè)并行多任務(wù)是如何一步步從順序流程演變過來的。里面還提到了很多人都在用的“狀態(tài)機(jī)”，你會(huì)發(fā)現(xiàn)操作系統(tǒng)跟狀態(tài)機(jī)從原理上其實(shí)是多么相似。會(huì)用狀態(tài)機(jī)寫程序，都能寫出操作系統(tǒng)。

　　三file:///C:/DOCUME~1/ADMINI~1/LOCALS~1/Temp/msohtml1/01/clip_image001.gif

　　我的第一個(gè)操作系統(tǒng)

　　直接進(jìn)入主題，先貼一個(gè)操作系統(tǒng)的示范出來。大家可以看到，原來操作系統(tǒng)可以做得么簡單。

　　當(dāng)然，這里要申明一下，這玩意兒其實(shí)算不上真正的操作系統(tǒng)，它除了并行多任務(wù)并行外根本沒有別的功能。但凡事都從簡單開始，搞懂了它，就能根據(jù)應(yīng)用需求，將它擴(kuò)展成一個(gè)真正的操作系統(tǒng)。

　　好了，代碼來了。

　　將下面的代碼直接放到KEIL里編譯，在每個(gè)task？（）函數(shù)的“task_switch（）;”那里打上斷點(diǎn)，就可以看到它們的確是“同時(shí)”在執(zhí)行的。

　　#include

　　#define MAX_TASKS 2 //任務(wù)槽個(gè)數(shù)。必須和實(shí)際任務(wù)數(shù)一至

　　#define MAX_TASK_DEP 12 //最大棧深。最低不得少于2個(gè)，保守值為12.

　　unsigned char idata task_stack［MAX_TASKS］［MAX_TASK_DEP］;//任務(wù)堆棧。

　　unsigned char task_id; //當(dāng)前活動(dòng)任務(wù)號(hào)

　　//任務(wù)切換函數(shù)（任務(wù)調(diào)度器）

　　void task_switch（）

　　{

　　task_sp［task_id］ = SP;

　　if（++task_id == MAX_TASKS）

　　task_id = 0;

　　SP = task_sp［task_id］;

　　}

　　//任務(wù)裝入函數(shù)。將指定的函數(shù)（參數(shù)1）裝入指定（參數(shù)2）的任務(wù)槽中。如果該槽中原來就有任務(wù)，則原任務(wù)丟失，但系統(tǒng)本身不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。

　　void task_load（unsigned int fn， unsigned char tid）

　　{

　　task_sp［tid］ = task_stack［tid］ + 1;

　　task_stack［tid］［0］ = （unsigned int）fn & 0xff;

　　task_stack［tid］［1］ = （unsigned int）fn 》》 8;

　　}

　　//從指定的任務(wù)開始運(yùn)行任務(wù)調(diào)度。調(diào)用該宏后，將永不返回。

　　#define os_start（tid） {task_id = tid，SP = task_sp［tid］;return;}

　　/*==================以下為測(cè)試代碼=====================*/

　　void task1（）

　　{

　　static unsigned char i;

　　while（1）{

　　i++;

　　task_switch（）;//編譯后在這里打上斷點(diǎn)

　　}

　　}

　　void task2（）

　　{

　　static unsigned char j;

　　while（1）{

　　j+=2;

　　task_switch（）;//編譯后在這里打上斷點(diǎn)

　　}

　　}

　　void main（）

　　{

　　//這里裝載了兩個(gè)任務(wù)，因此在定義MAX_TASKS時(shí)也必須定義為2

　　task_load（task1， 0）;//將task1函數(shù)裝入0號(hào)槽

　　task_load（task2， 1）;//將task2函數(shù)裝入1號(hào)槽

　　os_start（0）;

　　}

　　限于篇幅我已經(jīng)將代碼作了簡化，并刪掉了大部分注釋，大家可以直接下載源碼包，里面完整的注解，并帶KEIL工程文件，斷點(diǎn)也打好了，直接按ctrl+f5就行了。

　　現(xiàn)在來看看這個(gè)多任務(wù)系統(tǒng)的原理：

　　這個(gè)多任務(wù)系統(tǒng)準(zhǔn)確來說，叫作“協(xié)同式多任務(wù)”。

　　所謂“協(xié)同式”，指的是當(dāng)一個(gè)任務(wù)持續(xù)運(yùn)行而不釋放資源時(shí)，其它任務(wù)是沒有任何機(jī)會(huì)和方式獲得運(yùn)行機(jī)會(huì)，除非該任務(wù)主動(dòng)釋放CPU.

　　在本例里，釋放CPU是靠task_switch（）來完成的.task_switch（）函數(shù)是一個(gè)很特殊的函數(shù)，我們可以稱它為“任務(wù)切換器”。

　　要清楚任務(wù)是如何切換的，首先要回顧一下堆棧的相關(guān)知識(shí)。

　　有個(gè)很簡單的問題，因?yàn)樗唵瘟?，所以相信大家都沒留意過：

　　我們知道，不論是CALL還是JMP，都是將當(dāng)前的程序流打斷，請(qǐng)問CALL和JMP的區(qū)別是什么？

　　你會(huì)說：CALL可以RET，JMP不行。沒錯(cuò)，但原因是啥呢？為啥CALL過去的就可以用RET跳回來，JMP過去的就不能用RET來跳回呢？

　　很顯然，CALL通過某種方法保存了打斷前的某些信息，而在返回?cái)帱c(diǎn)前執(zhí)行的RET指令，就是用于取回這些信息。

　　不用多說，大家都知道，“某些信息”就是PC指針，而“某種方法”就是壓棧。

　　很幸運(yùn)，在51里，堆棧及堆棧指針都是可被任意修改的，只要你不怕死。那么假如在執(zhí)行RET前將堆棧修改一下會(huì)如何？往下看：

　　當(dāng)程序執(zhí)行CALL后，在子程序里將堆棧剛才壓入的斷點(diǎn)地址清除掉，并將一個(gè)函數(shù)的地址壓入，那么執(zhí)行完RET后，程序就跳到這個(gè)函數(shù)去了。

　　事實(shí)上，只要我們?cè)赗ET前將堆棧改掉，就能將程序跳到任務(wù)地方去，而不限于CALL里壓入的地址。

　　重點(diǎn)來了。..。..

　　首先我們得為每個(gè)任務(wù)單獨(dú)開一塊內(nèi)存，這塊內(nèi)存專用于作為對(duì)應(yīng)的任務(wù)的堆棧，想將CPU交給哪個(gè)任務(wù)，只需將棧指針指向誰內(nèi)存塊就行了。

　　接下來我們構(gòu)造一個(gè)這樣的函數(shù)：

　　當(dāng)任務(wù)調(diào)用該函數(shù)時(shí)，將當(dāng)前的堆棧指針保存一個(gè)變量里，并換上另一個(gè)任務(wù)的堆棧指針。這就是任務(wù)調(diào)度器了。

　　OK了，現(xiàn)在我們只要正確的填充好這幾個(gè)堆棧的原始內(nèi)容，再調(diào)用這個(gè)函數(shù)，這個(gè)任務(wù)調(diào)度就能運(yùn)行起來了。

　　那么這幾個(gè)堆棧里的原始內(nèi)容是哪里來的呢？這就是“任務(wù)裝載”函數(shù)要干的事了。

　　在啟動(dòng)任務(wù)調(diào)度前將各個(gè)任務(wù)函數(shù)的入口地址放在上面所說的“任務(wù)專用的內(nèi)存塊”里就行了！對(duì)了，順便說一下，這個(gè)“任務(wù)專用的內(nèi)存塊”叫作“私?！?，私棧的意思就是說，每個(gè)任務(wù)的堆棧都是私有的，每個(gè)任務(wù)都有一個(gè)自已的堆棧。

　　話都說到這份上了，相信大家也明白要怎么做了：

　　1.分配若干個(gè)內(nèi)存塊，每個(gè)內(nèi)存塊為若干字節(jié)：

　　這里所說的“若干個(gè)內(nèi)存塊”就是私棧，要想同時(shí)運(yùn)行幾少個(gè)任務(wù)就得分配多少塊。而“每個(gè)子內(nèi)存塊若干字節(jié)”就是棧深。記住，每調(diào)一層子程序需要2字節(jié)。如果不考慮中斷，4層調(diào)用深度，也就是8字節(jié)棧深應(yīng)該差不多了。

　　unsigned char idata task_stack［MAX_TASKS］［MAX_TASK_DEP］

　　當(dāng)然，還有件事不能忘，就是堆指針的保存處。不然光有堆棧怎么知道應(yīng)該從哪個(gè)地址取數(shù)據(jù)啊

　　unsigned char idata task_sp［MAX_TASKS］

　　上面兩項(xiàng)用于裝任務(wù)信息的區(qū)域，我們給它個(gè)概念叫“任務(wù)槽”。有些人叫它“任務(wù)堆”，我覺得還是“槽”比較直觀

　　對(duì)了，還有任務(wù)號(hào)。不然怎么知道當(dāng)前運(yùn)行的是哪個(gè)任務(wù)呢？

　　unsigned char task_id

　　當(dāng)前運(yùn)行存放在1號(hào)槽的任務(wù)時(shí)，這個(gè)值就是1，運(yùn)行2號(hào)槽的任務(wù)時(shí)，這個(gè)值就是2.。..

　　2.構(gòu)造任務(wù)調(diào)度函函數(shù)：

　　void task_switch（）

　　{

　　task_sp［task_id］ = SP; //保存當(dāng)前任務(wù)的棧指針

　　if（++task_id == MAX_TASKS） //任務(wù)號(hào)切換到下一個(gè)任務(wù)

　　task_id = 0;

　　SP = task_sp［task_id］; //將系統(tǒng)的棧指針指向下個(gè)任務(wù)的私棧。

　　}

　　3.裝載任務(wù)：

　　將各任務(wù)的函數(shù)地址的低字節(jié)和高字節(jié)分別入在

　　task_stack［任務(wù)號(hào)］［0］和task_stack［任務(wù)號(hào)］［1］中：

　　為了便于使用，寫一個(gè)函數(shù)： task_load（函數(shù)名， 任務(wù)號(hào)）

　　void task_load（unsigned int fn， unsigned char tid）

　　{

　　task_sp［tid］ = task_stack［tid］ + 1;

　　task_stack［tid］［0］ = （unsigned int）fn & 0xff;

　　task_stack［tid］［1］ = （unsigned int）fn 》》 8;

　　}

　　4.啟動(dòng)任務(wù)調(diào)度器：

　　將棧指針指向任意一個(gè)任務(wù)的私棧，執(zhí)行RET指令。注意，這可很有學(xué)問的哦，沒玩過堆棧的人腦子有點(diǎn)轉(zhuǎn)不彎：這一RET，RET到哪去了？嘿嘿，別忘了在RET前已經(jīng)將堆棧指針指向一個(gè)函數(shù)的入口了。你別把RET看成RET，你把它看成是另一種類型的JMP就好理解了。

　　SP = task_sp［任務(wù)號(hào)］;

　　return;

　　做完這4件事后，任務(wù)“并行”執(zhí)行就開始了。你可以象寫普通函數(shù)一個(gè)寫任務(wù)函數(shù)，只需（目前可以這么說）注意在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候（例如以前調(diào)延時(shí)的地方）調(diào)用一下task_switch（），以讓出CPU控制權(quán)給別的任務(wù)就行了。

　　最后說下效率問題。

　　這個(gè)多任務(wù)系統(tǒng)的開銷是每次切換消耗20個(gè)機(jī)器周期（CALL和RET都算在內(nèi)了），貴嗎？不算貴，對(duì)于很多用狀態(tài)機(jī)方式實(shí)現(xiàn)的多任務(wù)系統(tǒng)來說，其實(shí)效率還沒這么高--- case switch和if（）可不像你想像中那么便宜。

　　關(guān)于內(nèi)存的消耗我要說的是，當(dāng)然不能否認(rèn)這種多任務(wù)機(jī)制的確很占內(nèi)存。但建議大家不要老盯著編譯器下面的那行字“DATA = XXXbyte”。那個(gè)值沒意義，堆棧沒算進(jìn)去。關(guān)于比較省內(nèi)存多任務(wù)機(jī)制，我將來會(huì)說到。

　　概括來說，這個(gè)多任務(wù)系統(tǒng)適用于實(shí)時(shí)性要求較高而內(nèi)存需求不大的應(yīng)用場(chǎng)合，我在運(yùn)行于36M主頻的STC12C4052上實(shí)測(cè)了一把，切換一個(gè)任務(wù)不到3微秒。

　　下回我們講講用KEIL寫多任務(wù)函數(shù)時(shí)要注意的事項(xiàng)。

　　下下回我們講講如何增強(qiáng)這個(gè)多任務(wù)系統(tǒng)，跑步進(jìn)入操作系統(tǒng)時(shí)代。

　　四。用KEIL寫多任務(wù)系統(tǒng)的技巧與注意事項(xiàng)

　　C51編譯器很多，KEIL是其中比較流行的一種。我列出的所有例子都必須在KEIL中使用。為何？不是因?yàn)镵EIL好所以用它（當(dāng)然它的確很棒），而是因?yàn)檫@里面用到了KEIL的一些特性，如果換到其它編譯器下，通過編譯的倒不是問題，但運(yùn)行起來可能是堆棧錯(cuò)位，上下文丟失等各種要命的錯(cuò)誤，因?yàn)槊糠N編譯器的特性并不相同。所以在這里先說清楚這一點(diǎn)。

　　但是，我開頭已經(jīng)說了，這套帖子的主要目的是闡述原理，只要你能把這幾個(gè)例子消化掉，那么也能夠自已動(dòng)手寫出適合其它編譯器的OS.

　　好了，說說KEIL的特性吧，先看下面的函數(shù)：

　　sbit sigl = P1^7;

　　void func1（）

　　{

　　register char data i;

　　i = 5;

　　do{

　　sigl = ！sigl;

　　}while（--i）;

　　}

　　你會(huì)說，這個(gè)函數(shù)沒什么特別的嘛！呵呵，別著急，你將它編譯了，然后展開匯編代碼再看看：

　　193： void func1（）{

　　194： register char data i;

　　195： i = 5;

　　C:0x00C3 7F05 MOV R7，#0x05

　　196： do{

　　197： sigl = ！sigl;

　　C:0x00C5 B297 CPL sigl（0x90.7）

　　198： }while（--i）;

　　C:0x00C7 DFFC DJNZ R7，C:00C5

　　199： }

　　C:0x00C9 22 RET

　　看清楚了沒？這個(gè)函數(shù)里用到了R7，卻沒有對(duì)R7進(jìn)行保護(hù)！

　　有人會(huì)跳起來了：這有什么值得奇怪的，因?yàn)樯蠈雍瘮?shù)里沒用到R7啊。呵呵，你說的沒錯(cuò)，但只說對(duì)了一半：事實(shí)上，KEIL編譯器里作了約定，在調(diào)子函數(shù)前會(huì)盡可能釋放掉所有寄存器。通常性況下，除了中斷函數(shù)外，其它函數(shù)里都可以任意修改所有寄存器而無需先壓棧保護(hù)（其實(shí)并不是這樣，但現(xiàn)在暫時(shí)這樣認(rèn)為，飯要一口一口吃嘛，我很快會(huì)說到的）。

　　這個(gè)特性有什么用呢？有！當(dāng)我們調(diào)用任務(wù)切換函數(shù)時(shí)，要保護(hù)的對(duì)象里可以把所有的寄存器排除掉了，就是說，只需要保護(hù)堆棧即可！

　　現(xiàn)在我們回過頭來看看之前例子里的任務(wù)切換函數(shù)：

　　void task_switch（）

　　{

　　task_sp［task_id］ = SP; //保存當(dāng)前任務(wù)的棧指針

　　if（++task_id == MAX_TASKS） //任務(wù)號(hào)切換到下一個(gè)任務(wù)

　　task_id = 0;

　　SP = task_sp［task_id］; //將系統(tǒng)的棧指針指向下個(gè)任務(wù)的私棧。

　　}

　　看到?jīng)]，一個(gè)寄存器也沒保護(hù)，展開匯編看看，的確沒保護(hù)寄存器。

　　好了，現(xiàn)在要給大家潑冷水了，看下面兩個(gè)函數(shù)：

　　void func1（）

　　{

　　register char data i;

　　i = 5;

　　do{

　　sigl = ！sigl;

　　}while（--i）;

　　}

　　void func2（）

　　{

　　register char data i;

　　i = 5;

　　do{

　　func1（）;

　　}while（--i）;

　　}

　　父函數(shù)fun2（）里調(diào)用func1（），展開匯編代碼看看：

　　193： void func1（）{

　　194： register char data i;

　　195： i = 5;

　　C:0x00C3 7F05 MOV R7，#0x05

　　196： do{

　　197： sigl = ！sigl;

　　C:0x00C5 B297 CPL sigl（0x90.7）

　　198： }while（--i）;

　　C:0x00C7 DFFC DJNZ R7，C:00C5

　　199： }

　　C:0x00C9 22 RET

　　200： void func2（）{

　　201： register char data i;

　　202： i = 5;

　　C:0x00CA 7E05 MOV R6，#0x05

　　203： do{

　　204： func1（）;

　　C:0x00CC 11C3 ACALL func1（C:00C3）

　　205： }while（--i）;

　　C:0x00CE DEFC DJNZ R6，C:00CC

　　206： }

　　C:0x00D0 22 RET

　　看清楚沒？函數(shù)func2（）里的變量使用了寄存器R6，而在func1和func2里都沒保護(hù)。

　　聽到這里，你可能又要跳一跳了：func1（）里并沒有用到R6，干嘛要保護(hù)？沒錯(cuò)，但編譯器是怎么知道func1（）沒用到R6的呢？是從調(diào)用關(guān)系里推測(cè)出來的。

　　一點(diǎn)都沒錯(cuò)，KEIL會(huì)根據(jù)函數(shù)間的直接調(diào)用關(guān)系為各函數(shù)分配寄存器，既不用保護(hù)，又不會(huì)沖突，KEIL好棒哦?。〉纫幌?，先別高興，換到多任務(wù)的環(huán)境里再試試：

　　void func1（）

　　{

　　register char data i;

　　i = 5;

　　do{

　　sigl = ！sigl;

　　}while（--i）;

　　}

　　void func2（）

　　{

　　register char data i;

　　i = 5;

　　do{

　　sigl = ！sigl;

　　}while（--i）;

　　}

　　展開匯編代碼看看：

　　193： void func1（）{

　　194： register char data i;

　　195： i = 5;

　　C:0x00C3 7F05 MOV R7，#0x05

　　196： do{

　　197： sigl = ！sigl;

　　C:0x00C5 B297 CPL sigl（0x90.7）

　　198： }while（--i）;

　　C:0x00C7 DFFC DJNZ R7，C:00C5

　　199： }

　　C:0x00C9 22 RET

　　200： void func2（）{

　　201： register char data i;

　　202： i = 5;

　　C:0x00CA 7F05 MOV R7，#0x05

　　203： do{

　　204： sigl = ！sigl;

　　C:0x00CC B297 CPL sigl（0x90.7）

　　205： }while（--i）;

　　C:0x00CE DFFC DJNZ R7，C:00CC

　　206： }

　　C:0x00D0 22 RET

　　看到了吧？哈哈，這回神仙也算不出來了。因?yàn)閮蓚€(gè)函數(shù)沒有了直接調(diào)用的關(guān)系，所以編譯器認(rèn)為它們之間不會(huì)產(chǎn)生沖突，結(jié)果分配了一對(duì)互相沖突的寄存器，當(dāng)任務(wù)從func1（）切換到func2（）時(shí)，func1（）中的寄存器內(nèi)容就給破壞掉了。大家可以試著去編譯一下下面的程序：

　　sbit sigl = P1^7;

　　void func1（）

　　{

　　register char data i;

　　i = 5;

　　do{

　　sigl = ！sigl;

　　task_switch（）;

　　} while （--i）;

　　}

　　void func2（）

　　{

　　register char data i;

　　i = 5;

　　do{

　　sigl = ！sigl;

　　task_switch（）;

　　}while（--i）;

　　}

　　我們這里只是示例，所以仍可以通過手工分配不同的寄存器避免寄存器沖突，但在真實(shí)的應(yīng)用中，由于任務(wù)間的切換是非常隨機(jī)的，我們無法預(yù)知某個(gè)時(shí)刻哪個(gè)寄存器不會(huì)沖突，所以分配不同寄存器的方法不可取。那么，要怎么辦呢？

　　這樣就行了：

　　sbit sigl = P1^7;

　　void func1（）

　　{

　　static char data i;

　　while（1）{

　　i = 5;

　　do{

　　sigl = ！sigl;

　　task_switch（）;

　　}while（--i）;

　　}

　　}

　　void func2（）

　　{

　　static char data i;

　　while（1）{

　　i = 5;

　　do{

　　sigl = ！sigl;

　　task_switch（）;

　　}while（--i）;

　　}

　　}

　　將兩個(gè)函數(shù)中的變量通通改成靜態(tài)就行了。還可以這么做：

　　sbit sigl = P1^7;

　　void func1（）

　　{

　　register char data i;

　　while（1）{

　　i = 5;

　　do{

　　sigl = ！sigl;

　　}while（--i）;

　　task_switch（）;

　　}

　　}

　　void func2（）

　　{

　　register char data i;

　　while（1）{

　　i = 5;

　　do{

　　sigl = ！sigl;

　　}while（--i）;

　　task_switch（）;

　　}

　　}

　　即，在變量的作用域內(nèi)不切換任務(wù)，等變量用完了，再切換任務(wù)。此時(shí)雖然兩個(gè)任務(wù)仍然會(huì)互相破壞對(duì)方的寄存器內(nèi)容，但對(duì)方已經(jīng)不關(guān)心寄存器里的內(nèi)容了。

　　以上所說的，就是“變量覆蓋”的問題?，F(xiàn)在我們系統(tǒng)地說說關(guān)于“變量覆蓋”。

　　變量分兩種，一種是全局變量，一種是局部變量（在這里，寄存器變量算到局部變量里）。

　　對(duì)于全局變量，每個(gè)變量都會(huì)分配到單獨(dú)的地址。

　　而對(duì)于局部變量，KEIL會(huì)做一個(gè)“覆蓋優(yōu)化”，即沒有直接調(diào)用關(guān)系的函數(shù)的變量共用空間。由于不是同時(shí)使用，所以不會(huì)沖突，這對(duì)內(nèi)存小的51來說，是好事。

　　但現(xiàn)在我們進(jìn)入多任務(wù)的世界了，這就意味著兩個(gè)沒有直接調(diào)用關(guān)系的函數(shù)其實(shí)是并列執(zhí)行的，空間不能共用了。怎么辦呢？一種笨辦法是關(guān)掉覆蓋優(yōu)化功能。呵呵，的確很笨。

　　比較簡單易行一個(gè)解決辦法是，不關(guān)閉覆蓋優(yōu)化，但將那些在作用域內(nèi)需要跨越任務(wù)（換句話說就是在變量用完前會(huì)調(diào)用task_switch（）函數(shù)的）變量通通改成靜態(tài)（static）即可。這里要對(duì)初學(xué)者提一下，“靜態(tài)”你可以理解為“全局”，因?yàn)樗牡刂房臻g一直保留，但它又不是全局，它只能在定義它的那個(gè)花括號(hào)對(duì){}里訪問。

　　靜態(tài)變量有個(gè)副作用，就是即使函數(shù)退出了，仍會(huì)占著內(nèi)存。所以寫任務(wù)函數(shù)的時(shí)候，盡量在變量作用域結(jié)束后才切換任務(wù)，除非這個(gè)變量的作用域很長（時(shí)間上長），會(huì)影響到其它任務(wù)的實(shí)時(shí)性。只有在這種情況下才考慮在變量作用域內(nèi)跨越任務(wù)，并將變量申明為靜態(tài)。

　　事實(shí)上，只要編程思路比較清析，很少有變量需要跨越任務(wù)的。就是說，靜態(tài)變量并不多。

　　說完了“覆蓋”我們?cè)僬f說“重入”。

　　所謂重入，就是一個(gè)函數(shù)在同一時(shí)刻有兩個(gè)不同的進(jìn)程復(fù)本。對(duì)初學(xué)者來說可能不好理解，我舉個(gè)例子吧：

　　有一個(gè)函數(shù)在主程序會(huì)被調(diào)用，在中斷里也會(huì)被調(diào)用，假如正當(dāng)在主程序里調(diào)用時(shí)，中斷發(fā)生了，會(huì)發(fā)生什么情況？

　　void func1（）

　　{

　　static char data i;

　　i = 5;

　　do{

　　sigl = ！sigl;

　　}while（--i）;

　　}

　　假定func1（）正執(zhí)行到i=3時(shí)，中斷發(fā)生，一旦中斷調(diào)用到func1（）時(shí)，i的值就被破壞了，當(dāng)中斷結(jié)束后，i == 0.

　　以上說的是在傳統(tǒng)的單任務(wù)系統(tǒng)中，所以重入的機(jī)率不是很大。但在多任務(wù)系統(tǒng)中，很容易發(fā)生重入，看下面的例子：

　　void func1（）

　　{

　　。..。

　　delay（）;

　　。..。

　　}

　　void func2（）

　　{

　　。..。

　　delay（）;

　　。..。

　　}

　　void delay（）

　　{

　　static unsigned char i;//注意這里是申明為static，不申明static的話會(huì)發(fā)生覆蓋問題。而申明為static會(huì)發(fā)生重入問題。麻煩啊

　　for（i=0;i《10;i++）

　　task_switch（）;

　　}

　　兩個(gè)并行執(zhí)行的任務(wù)都調(diào)用了delay（），這就叫重入。問題在于重入后的兩個(gè)復(fù)本都依賴變量i來控制循環(huán)，而該變量跨越了任務(wù)，這樣，兩個(gè)任務(wù)都會(huì)修改i值了。

　　重入只能以防為主，就是說盡量不要讓重入發(fā)生，比如將代碼改成下面的樣子：

　　#define delay（） {static unsigned char i; for（i=0;i《10;i++） task_switch（）;}//i仍定義為static，但實(shí)際上已經(jīng)不是同一個(gè)函數(shù)了，所以分配的地址不同。

　　void func1（）

　　{

　　。..。

　　delay（）;

　　。..。

　　}

　　void func2（）

　　{

　　。..。

　　delay（）;

　　。..。

　　}

　　用宏來代替函數(shù)，就意味著每個(gè)調(diào)用處都是一個(gè)獨(dú)立的代碼復(fù)本，那么兩個(gè)delay實(shí)際使用的內(nèi)存地址也就不同了，重入問題消失。

　　但這種方法帶來的問題是，每調(diào)用一次delay（），都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)delay的目標(biāo)代碼，如果delay的代碼很多，那就會(huì)造成大量的rom空間占用。有其它辦法沒？

　　本人所知有限，只有最后一招了：

　　void delay（） reentrant

　　{

　　unsigned char i;

　　for（i=0;i《10;i++）

　　task_switch（）;

　　}

　　加入reentrant申明后，該函數(shù)就可以支持重入。但小心使用，申明為重入后，函數(shù)效率極低！

　　最后附帶說下中斷。因?yàn)闆]太多可說的，就不單獨(dú)開章了。

　　中斷跟普通的寫法沒什么區(qū)別，只不過在目前所示例的多任務(wù)系統(tǒng)里因?yàn)橛卸褩５膲毫?，所以要使用using來減少對(duì)堆棧的使用（順便提下，也不要調(diào)用子函數(shù)，同樣是為了減輕堆棧壓力）

　　用using，必須用#pragma NOAREGS關(guān)閉掉絕對(duì)寄存器訪問，如果中斷里非要調(diào)用函數(shù)，連同函數(shù)也要放在#pragma NOAREGS的作用域內(nèi)。如例所示：

　　#pragma SAVE

　　#pragma NOAREGS //使用using時(shí)必須將絕對(duì)寄存器訪問關(guān)閉

　　void clock_timer（void） interrupt 1 using 1 //使用using是為了減輕堆棧的壓力

　　}

　　#pragma RESTORE

　　改成上面的寫法后，中斷固定占用4個(gè)字節(jié)堆棧。就是說，如果你在不用中斷時(shí)任務(wù)棧深定為8的話，現(xiàn)在就要定為8+4 = 12了。

　　另外說句廢話，中斷里處理的事一定要少，做個(gè)標(biāo)記就行了，剩下的事交給對(duì)應(yīng)的任務(wù)去處理。

　　現(xiàn)在小結(jié)一下：

　　切換任務(wù)時(shí)要保證沒有寄存器跨越任務(wù)，否則產(chǎn)生任務(wù)間寄存器覆蓋。 使用靜態(tài)變量解決

　　切換任務(wù)時(shí)要保證沒有變量跨越任務(wù)，否則產(chǎn)生任務(wù)間地址空間（變量）覆蓋。 使用靜態(tài)變量解決

　　兩個(gè)不同的任務(wù)不要調(diào)用同時(shí)調(diào)用同一個(gè)函數(shù)，否則產(chǎn)生重入覆蓋。 使用重入申明解決