流行的uCos,Tiny51等,其实都不适合在2051这样的片子上用,占资源较多,唯有自已动手,以不变应万变,才能让51也有操作系统可用.这篇贴子的目的,是教会大家如何现场写一个OS,而不是给大家提供一个OS版本.提供的所有代码,也都是示例代码,所以不要因为它没什么功能就说LAJI之类的话.如果把功能写全了,一来估计你也不想看了,二来也失去灵活性没有价值了.

　　下面的贴一个示例出来,可以清楚的看到,OS本身只有不到10行源代码,编译后的目标代码60字节,任务切换消耗为20个机器周期.相比之下,KEIL内嵌的TINY51目标代码为800字节,切换消耗100~700周期.唯一不足之处是,每个任务要占用掉十几字节的堆栈,所以任务数不能太多,用在128B内存的51里有点难度,但对于52来说问题不大.这套代码在36M主频的STC12C4052上实测,切换任务仅需2uS.

　　//任务装入函数.将指定的函数(参数1)装入指定(参数2)的任务槽中.如果该槽中原来就有任务,则原任务丢失,但系统本身不可能会发生错误.

　　这样一个简单的多任务系统虽然不能称得上真正的操作系统,但只要你了解了它的原理,就能轻易地将它扩展得很强大,想知道要如何做吗?

　　当我们要解决一个问题的时候,是用某种处理手段去完成它,这就是我们常说的方法,计算机里叫程序(有时候也可以叫它算法).

　　以出行为例,当我们要从A地走到B地的时候,可以走着去,也可以飞着去,可以走直线,也可以绕弯路,只要能从A地到B地,都叫作方法.这种从A地到B的需求,相当于计算机里的任务,而实现从A地到B地的方法,叫作任务处理流程

　　很显然,这些走法中,并不是每种都合理,有些傻子都会采用的,有些是傻子都不采会用的.用计算机的话来说就是,有的任务处理流程好,有的任务处理流程好,有的处理流程差.

　　有些走法比较快速,适合于赶时间的人;有些走法比较省事,适合于懒人;有些走法比较便宜,适合于穷人.

　　如果全世界所有的资源给你一个人用(单任务独占全部资源),那最适合你需求的方法就是好方法.但事实上要外出的人很多,例如10个人(10个任务),却只有1辆车(1套资源),这叫作资源争用.

　　如果每个人都要使用最适合他需求的方法,那司机就只好给他们一人跑一趟了,而在任一时刻里,车上只有一个乘客.这叫作顺序执行,我们大家可以看到这种方法对系统资源的浪费是严重的.

　　如果我们没有法力将1台车变成10台车来送这10个人,就只好制定一些机制和约定,让1台车看起来像10台车,来解决这个问题的办法想必大家都知道,那就是制定公交线路.

　　最简单的办法是将所有旅客需要走的起点与终点串成一条线,车在这条线上开,乘客则自已决定上下车.这就是最简单的公交线路.它很差劲,但起码解决客人们对车争用.对应到计算机里,就是把所有任务的代码混在一起执行.

　　这样做既不优异雅,也没效率,于是司机想了个办法,把这些客户叫到一起商量,将所有客人出行的起点与终点罗列出来,统计这些线路的使用频度,然后制定出公交线路:有些路线可以合并起来成为一条线路,而那些不能合并的路线,则另行开辟行车车次,这叫作任务定义.另外,对于人多路线,车次排多点,时间上也优先安排,这叫作任务优先级.

　　经过这样的安排后,虽然仍只有一辆车,但运载能力却大多了.这套车次/路线的按排,就是一套公交系统.哈,知道什么叫操作系统了吧?它也就是这么样的一种约定.

　　汽车系统资源.主要指的是CPU,当然还有其它,比如内存,定时器,中断源等.

　　计算机内有各种资源,单从硬件上说,就有CPU,内存,定时器,中断源,I/O端口等.而且还会派生出来很多软件资源,例如消息池.

　　最后我们来总结一下,所谓操作系统,以我们目前权宜的理解就是:为解决计算机资源争用而制定出的一种约定.

　　对于一个操作系统来说,最重要的莫过于并行多任务.在这里要澄清一下,不要拿当年的DOS来说事,时代不同了.况且当年IBM和小比尔着急将PC搬上市,所以才抄袭PLM(好象是叫这个名吧?记不太清)搞了个今天看来很粗制滥造的DOS出来.看看当时真正的操作系统---UNIX,它还在纸上时就已经是多任务的了.

　　在PC上,CPU主频以G为单位,内存以GB为单位,而MCU的主频通常只有十几M,内存则是Byts.在这么少的资源上同时运行多个任务,就意味着操作系统必须尽可能的少占用硬件资源.

　　PC并不需要太关心实时性,因为PC上几乎所有的实时任务都被专门的硬件所接管,例如所有的声卡网卡显示上都内置有DSP以及大量的缓存.CPU只需坐在那里指手划脚告诉这些板卡如何应付实时信息就行了.

　　而MCU不同,实时信息是靠CPU来处理的,缓存也非常有限,甚至没有缓存.一旦信息到达,CPU必须在极短的时间内响应,否则信息就会丢失.

　　就拿串口通信来举例,在标准的PC架构里,巨大的内存允许将信息保存足够长的时间.而对于MCU来说内存有限,例如51仅有128字节内存,还要扣除掉寄存器组占用掉的8~32个字节,所以通常都仅用几个字节来缓冲.当然,你可以将数据的接收与处理的过程合并,但对于一个操作系统来说,不推荐这么做.

　　假定以115200bps通信速率向MCU传数据,则每个字节的传送时间约为9uS,假定缓存为8字节,则串口处理任务必须在70uS内响应.

　　这两个问题都指向了同一种解决思路:操作系统必须轻量轻量再轻量,最好是不占资源(那当然是做梦啦).

　　可用于MCU的操作系统很多,但适合51(这里的51专指无扩展内存的51)几乎没有.前阵子见过一个圈圈操作系统,那是我所见过的操作系统里最轻量的,但仍有改进的余地.

　　很多人认为,51根本不适合使用操作系统.其实我对这种说法并不完全接受,否则也没有这篇文章了.

　　我的看法是,51不适合采用通用操作系统.所谓通用操作系统就是,不论你是什么样的应用需求,也不管你用什么芯片,只要你是51,通通用同一个操作系统.

　　这种想法对于PC来说没问题,对于嵌入式来说也不错,对AVR来说还凑合,而对于51这种贫穷型的MCU来说,不行.

　　哈哈,看清楚了?问题出在复杂上面,如果操作系统不复杂,问题不就解决了?

　　事实上,很多人对操作系统的理解是片面的,操作系统不一定要做得很复杂很全面,就算仅个多任务并行管理能力,你也可以称它操作系统.

　　只要你对多任务并行的原理有所了解,就不难现场写一个出来,而一旦你做到了这一点,为各任务间安排通信约定,使之发展成一个为你的应用系统量身定做的操作系统也就不难了.

　　为了加深对操作系统的理解,可以看一看演变这份PPT,让你充分了解一个并行多任务是如何一步步从顺序流程演变过来的.里面还提到了很多人都在用的状态机,你会发现操作系统跟状态机从原理上其实是多么相似.会用状态机写程序,都能写出操作系统.

　　直接进入主题,先贴一个操作系统的示范出来.大家能够正常的看到,原来操作系统可以做得么简单.

　　当然,这里要申明一下,这玩意儿其实算不上真正的操作系统,它除了并行多任务并行外就没有别的功能.但凡事都从简单开始,搞懂了它,就能根据应用需求,将它扩展成一个真正的操作系统.