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51单片机多线程神器：Tiny-51操作系统

一、前言

大家好，众所周知STC89C52单片机作为一款经典的单片机，许多同学在自学此单片机时，第一个点灯例程就是跑在89C52RC上，并且在我们的单片机课程和微机原理课程里面STC89C52RC也是经常被用来做展示的单片机平台，对应的课程设计也常常采用这一款单片机，今天我分享的内容不是如何使用这款单片机，而是简单分享一下Keil软件自带的一个实时操作系统—RTX-Tiny操作系统，对这款操作系统做一个简单的介绍，分享一下使用流程，帮助大家在单片机的课程设计或者其他项目上使用这一个操作系统，初步了解系统编程的思想。

喜欢的同学记得点赞、评论、收藏，嘿嘿，话不多说，切入正题！！！

二、介绍

• 什么是RTX51

RTX51是keil公司开发的一款实时操作系统，由汇编编写，其有两个版本：

1.Tiny

2.Full

其中Tiny版本采用分时调度的方式，占用资源小，可以运行在STC89C52RC这种只有256个字节的单片机上，而Full版本是抢占式调度，支持任务间通信和内存管理等功能，功能强但占用资源多，适合RAM更大的单片机上，不适合STC89C52RC单片机，所以这里我们只做Tiny版本的分享。

• 运行流程

RTX51 Tiny 本质上是一个实时操作系统(RTOS)，他通过不同任务间的切换，允许单片机同时（实际上是伪并行）完成多个功能或者运行多个任务。在裸机编程中，我们往往会在没有RTOS的条件下实现一个特定的实时程序（在-一个单循环中实现一种或多种功能，或者运行一个或多个任务）；这样的设计往往会遇到资源分配、运行时间以及程序维护的问题，而像RTX51这样的RTOS就可以帮我们很大程度上解决这些问题，在程序结构中，我们创建多个任务死循环体，每个任务循环体运行很短的一段时间后就会释放CPU资源，给其他循环体（又称为任务）来运行，因为切换的时间极短，所以在我们感官上，这些循环体就是在同时运行！

• 学习方式

一个实时操作系统(RTOS) 可以更灵活有效地分配系统资源，让原本复杂的逻辑简单化，其程序设计使用标准C语言进行开发，并可以用Keil的编译器进行编译。因为其底层源码为汇编，学习原理比较复杂，所以我们只要学会如何操作对应的API函数就行，至于具体学习RTOS内核，则可以去找uC/OS、RT-Thread、FreeRTOS等实时系统学习

• 具体参数

Tiny的具体资源参数

任务数目就是上面所提到的循环体数目

CODE空间指的是ROM空间，STC89C52RC用有8KROM大小，900字节对他来说微不足道

DATA空间指内部RAM，STC89C52RC有128个字节，XDATA指外部RAM，STC89C52RC有128个字节外部RAM

定时器0用来做单片机的时间基准，用于Tiny内核做参考进行任务调度

三、移植

• 准备工作

既然是编写在STC89C52RC上移植RTOS，首先要准备的工具则是一个Keil软件和一个软件工程（默认已经完成）

这里我准备的一个LED例程程如下，编译通过

• 找到Tiny源文件

右击keil，打开文件所在位置

返回此文件夹的上一级，找到C51文件夹，点击进去，找到如下文件路径

C51\RtxTiny2\SourceCode

复制配置文件(.a51)和库文件(.lib)到我们的工程下

复制到点灯例程，这里我新建了一个文件夹专门放源文件

在keil内添加文件

• 配置keil

在keil设置里面按下图配置选择RTX-Tiny系统

配置完成后我们在main函数复制以下内容

#include "RTX51TNY.h"

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : task_create
* 函数功能		 	 : 任务0
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void task_create(void) _task_ 0
{
	while(1)
	{
		;
	}		
}

编译一下，结果如下，无报错

我们系统的移植就完成了，下面就是根据项目需要对内容的具体修改以及调用API了

四、API介绍

在编译完成之后，我们电机RTX51TINY.H的头文件里面

进入之后，我们会看到如下代码，其中声明了许多调用函数，这些就是Tiny的API接口函数了

详细讲解一下这些接口和参数

• 任务创建与删除函数

unsigned char os_create_task     (unsigned char task_id);//创建任务，传入的参数为目标任务的ID
unsigned char os_delete_task     (unsigned char task_id);//删除任务，传入的参数为目标任务的ID

• 阻塞延时函数

阻塞当前任务（任务变为等待态）直到指定的时间到来（任务变为就绪态）， 继续往下执行，等待的期间该任务释放CPU使用权，不再参与调度。

unsigned char os_wait            (unsigned char typ, 
                                         unsigned char ticks,
                                         unsigned int dummy);

参数

typ：阻塞类型

参数	功能
K_SIG	等待一个信号
K_IVL	等待时间间隔（滴答数为单位）
K_TMO	等待超时时间（滴答数为单位）

tick：阻塞的心跳时钟数目**（最大255）**

dummy：无用参数

阻塞延时函数的简单版本

unsigned char os_wait1           (unsigned char typ);//唯一参数只能是K_SIG，等待信号。
unsigned char os_wait2           (unsigned char typ,
                                  unsigned char ticks);//(要等待的事件，要等待的滴答数)，参数和os_wait一样，少一个无用参数

阻塞函数的返回值

返回值	功能
RDY_EVENT	表示任务的就绪标志是被函数置位的
SIG_EVENT	收到一个信号
TMO_EVENT	超时完成，或者时间间隔到
NOT_OK	参数的值无效

• 任务信号API

任务信号用于任务间同步，配合阻塞函数使用，当任务在阻塞在等待信号量时，使用send信号量置位对应任务编号的信号量，就可以使其解除等待，运行程序

unsigned char os_send_signal     (unsigned char task_id);//向其他任务发送信号。如果此任务在等待信号，则会使该任务取消等待准备执行，但不是马上执行，信号储存在任务的信号标志中
unsigned char os_clear_signal    (unsigned char task_id);//清除对应编号任务的信号标志。
unsigned char isr_send_signal    (unsigned char task_id);//中断中使用和os_send_signal功能相同

• 强制就绪API

使任务强制脱离其他状态，进入就绪态，加入任务调度中

void          os_set_ready       (unsigned char task_id);//函数中调用，传入参数为强制就绪的目标任务编号
void          isr_set_ready      (unsigned char task_id);//中断中使用，和上面功能相同

• 强制切换API

强制停止当前任务，切换到下一个就绪任务

unsigned char os_switch_task     (void); // 停止当前任务，立即切换到另一个就绪的任务。

• 读取当前运行任务编号API

返回当正在执行的任务编号。

unsigned char os_running_task_id (void);

• 纠正时钟偏差API

用于纠正可能由os_wait引起的等待时间错乱问题，因为由信号事件K_SIG引起的 退出，时间间隔定时器并不调整，通常会调用此函数进行调整。

void          os_reset_interval  (unsigned char ticks);

注意：Tiny的内核在使用过程中与中断息息相关，要确保EA=1，中断处于开启状态，如果有特殊需求，比如任务在通信的时候不想被打断可以短暂的EA=0，但一定要短，并且**在EA=0的时间段内，千万千万千万不要调用内核函数！**不然系统崩溃！！！

五、创建基本任务

• 时钟配置

创建任务之前，我们先打开Conf配置文件，进入配置我们的时间周期，因为任务的切换是以conf内的时间周期为基准了，配置错了系统则会运行异常，具体配置代码在打开配置文件后的33-39行

INT_CLOCK是系统的心跳时钟，每个心跳时钟到达后会进行一次中断，在中断中根据时间片来切换任务，此处使用了EQU汇编相当于#define，后面的数值表示的是心跳时钟是机器周期多少倍。因为我使用的是12M晶振，机器周期为1us，所以我如果要设置心跳时钟为1ms，则需要把这个数字设置为1000（这个数的最大值为65536）

;  Define Hardware-Timer tick time in 8051 machine cycles.
INT_CLOCK	EQU	1000	; default is 10000 cycles

这样心跳时间就设置完毕了，下面到设置时间片的长度-TIMESHARING，表示给每个任务设置的运行时间上限，到达时则必须要切换任务，切换到其他就绪的任务（不在延时状态的任务），这里我使用默认值，不改变他，一般程序基本会在1ms内完成程序，然后进入延时状态，脱离调度，切换其他任务

• 任务形式

有了上面的时间周期配置后，下面我们就开始创建任务，tiny没有复杂的启动步骤，其创建任务方式非常简单，创建一个函数后，在其名称旁边加上任务编号说明就可以，形式如下

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : task_create
* 函数功能		 	 : 任务0
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void task_create(void) _task_ 0
{
	while(1)
	{
		;
	}		
}

每个创建的任务都有必须有一个死循环，防止cpu彻底跳出任务体，引起系统崩溃，工程开始时首先创建一个任务0，不需要调用创建api，系统直接从0开始运行，在任务0里面我们一般放硬件初始化以及以及调用其他任务的创建声明，在最后调用删除API删除任务0，释放任务0资源，创建和删除API如下，传入参数

此处我们创建两个任务1和2，在任务0中对他们进行创建，同时设置两个led端口led0和led1（定义如下），在任务1和任务2中设置不同的延时周期取反，代码如下：

#include "RTX51TNY.h"
#include "reg52.h"
sbit led0=P1^0;
sbit led1=P2^0;
/*******************************************************************************
* 函 数 名       : task_create
* 函数功能		 	 : 任务0
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void task_create(void) _task_ 0
{
	os_create_task(1);
	os_create_task(2);
	os_delete_task(0);
	while(1)
	{
		;
	}		
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名       : task_1
* 函数功能		 	 : 任务1
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void task_1(void) _task_ 1
{
	while(1)
	{
		led0=!led0;
		os_wait2(K_IVL,50);
	}		
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : task_2
* 函数功能		 	 : 任务2
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void task_2(void) _task_ 2
{
	while(1)
	{
		led1=!led1;
		os_wait2(K_IVL,150);
	}		
}

代码编译一下，没有报错

此处我们keil仿真观察一下波形

首先点击debug设置仿真模式

进入仿真，点击波形分析

配置端口P1

改变最低位掩码，使我们只看到P1.0的波形

设置P1.0的范围，同样的操作对P2.0在来一次

点击运行，一段时间后停止，可以看到波形

分析波形我们发现任务1和任务2基本同时在运行，任务二的时间间隔是任务1的三倍！！！和我们代码编写的相同！

六、任务间同步

任务间同步主要使用信号的传递来操作，这里我设置任务1，500ms置位一次任务二的信号，任务二等待到信号后运行100ms具体代码如下

任务1运行过程中500ms置位一次任务二的信号，任务2则100ms扫描一次信号，检测到信号置位，反转电平运行100ms再恢复

#include "RTX51TNY.h"
#include "reg52.h"
sbit led0=P1^0;
sbit led1=P2^0;
/*******************************************************************************
* 函 数 名       : task_create
* 函数功能		 	 : 任务0
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void task_create(void) _task_ 0
{
	os_create_task(1);
	os_create_task(2);
	os_delete_task(0);
	while(1)
	{
		;
	}		
}
/*******************************************************************************
* 函 数 名       : task_1
* 函数功能		 	 : 任务1
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void task_1(void) _task_ 1
{
	while(1)
	{
		led0=!led0;
		os_send_signal(2);
		os_wait2(K_IVL,250);
		os_wait2(K_IVL,250);
	}		
}

/*******************************************************************************
* 函 数 名       : task_2
* 函数功能		 	 : 任务2
* 输    入       : 无
* 输    出    	 : 无
*******************************************************************************/
void task_2(void) _task_ 2
{
	unsigned char sig;
	while(1)
	{
		

		sig=os_wait2(K_SIG|K_IVL,10);
		os_reset_interval(10);
		if(sig==SIG_EVENT)
		{
			led1=0;
		}else
		{
			led1=1;
		}
		os_wait2(K_IVL,100);
	}		
}

程序下载之后进行仿真

我们可以看到每次任务一电平反转时发送信号给任务二，任务二电平就反转一次，反转的时长为100ms和我们程序相同！！！这个就是任务间的同步!

七、中文手册

RTX-Tiny有一个前辈写的中文手册，大家在使用过程中有不会的地方可以查询手册，参考他上面的例程进行编程，因为CSDN文件下载需要积分，文章又不能挂载外链，所以挂载我的个人网页上，电脑端点击右侧自定义模块里面，进入网页找到本篇文章的原文，在里面有链接！！！或者在CSDN私信我，留下邮箱

八、总结

这次我分享了关于RTX-Tiny的使用总结，内容浏览一遍基本上就可以对RTX-Tiny有基本的了解，如果在尝试编写一下例程，马上就能掌握RTX-Tiny的核心了，之后要是用STC89C52RC或者其他性能相近的单片机做课设做有意思的小项目，就可以上这个微型RTOS，提高自己系统编程的思维，如果大家觉得写的有用，就点一个赞吧，顺便收藏评论一波，球球了