單片機分時復用

分時操作系統(tǒng)思想在單片機編程中的實現(xiàn)

公布:2022-9-6|作者:——|來源:zhoumingdu|查看:374次|用戶關注：

摘要:提出基于分時系統(tǒng)思想的單片機系統(tǒng)設計方案，給出一具體應用的實例以及具體的實現(xiàn)方法。關鍵詞：分時操作系統(tǒng)單片機系統(tǒng)作業(yè)調(diào)度指針前言作為嵌入式系統(tǒng)主控單元——單片機，其軟件往往是一個微觀的實時操作系統(tǒng)，且大局部是為某種應用而特地設計的。系統(tǒng)程序有實時過程把握或實時信息處理的力量，要求能夠準時響應隨機發(fā)生的外部大事并對該大事做出快速處理。而分時操作系統(tǒng)卻是把CPU的時間劃分成長短根本一樣的時間區(qū)間，即

摘要:提出基于分時系統(tǒng)思想的單片機系統(tǒng)設計方案，給出一具體應用的實例以及具體的實現(xiàn)方法。

關鍵詞：分時操作系統(tǒng)單片機系統(tǒng)作業(yè)調(diào)度指針前言

作為嵌入式系統(tǒng)主控單元——單片機，其軟件往往是一個微觀的實時操作系統(tǒng)，且大局部是為某種應用而特地設計的。系統(tǒng)程序有實時過程把握或實時信息處理的力量，要求能夠準時響應隨機發(fā)生的外部大事并對該大事做出快速處理。而分時操作系統(tǒng)卻是把CPU的時間劃分成長短根本一樣的時間區(qū)間，即“時間片”，通過操作系統(tǒng)的治理，把這些時間片依次輪番地安排給各個用戶使用。假設某個作業(yè)在時間片完畢之前，整個任務還沒有完成，那么該作業(yè)就被暫停下來，放棄CPU，等待下一輪循環(huán)再連續(xù)做。此時CPU又安排給另一個作業(yè)去使用。由于計算機的處理速度很快，只要時間片的間隔取得適當，那么一個用戶作業(yè)從用完安排給它的一個時間片到獲得下一個CPU時間片，中間有所“停頓”；但用戶覺察不出來，好似整個系統(tǒng)全由它“獨占”似的。分時操作系統(tǒng)主要具有以下3個特點：①多路性。用戶通過各自的終端，可以同時使用一個系統(tǒng)。②準時性。用戶提出的各種要求，能在較短或可容忍的時間內(nèi)得到響應和處理。③獨占性。在分時系統(tǒng)中，雖然允很多個用戶同時使用一個CPU，但用戶之間操作獨立，互不干預。

分時操作系統(tǒng)主要是針對小型機以上的計算機提出的。一般而言，微處理器〔MPU〕驅動的通用計算機，系統(tǒng)設計人員對每一臺的最終具體應用都是不得而知的，因此，在價格允許的狀況下，硬件設計務求CPU時鐘盡可能的快；計算及治理力量盡可能的強；程序和數(shù)據(jù)存儲器的容量盡可能的大；各種計算機外設的配接盡可能的詳盡等等，特別是承受分時操作系統(tǒng)的機器，由于是一機多用戶的治理系統(tǒng)，它的要求就更高了。相對而言，微把握器

〔MCU〕俗稱單片機，是一個單片集成系統(tǒng)，它將這些或那些計算機所需的外設，諸如程序和數(shù)據(jù)存儲器、端口以及有關的子系統(tǒng)集成到一片芯片上。從硬件上，單片機系統(tǒng)與承受分時操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)是無法比較的。但是，在單片機系統(tǒng)的設計中，設計人員對其最終具體應用是一清二楚的，它的使用環(huán)境相對是單一固定的。所把握的過程的可預見性為分時系統(tǒng)思想的實現(xiàn)供給了可能性。具體一點就是：雖然單片機的CPU速度較低，但其任務是可預見的，這樣作業(yè)調(diào)度將變得簡潔而無須占用很多的CPU時間，同時“時間片”的設計是具體而有針對性的，因此可變得很有效。

一、單片機分時系統(tǒng)的設計

單片機系統(tǒng)往往是一個嵌入式的把握系統(tǒng)，因此目前絕大局部的單片機系統(tǒng)還是一實時系統(tǒng)。能夠真正表達分時系統(tǒng)的設計思想的往往是那些多路重復檢測把握系統(tǒng)。即便是在這些多路重復檢測把握系統(tǒng)中，它的實時性也是格外重要的。也就是說，在單片機系統(tǒng)中應用了分時系統(tǒng)設計思想，但其準時性應首先進展考慮。1.對單片機分時系統(tǒng)硬件設計的建議

隨著單片機性能的提高，單片機系統(tǒng)設計中的一些硬件功能軟件化是大勢所趨。但同時，一日千里的芯片技術也為低本錢的硬件完成高性能的功能供給可能。讓一種功能到底是通過硬件實現(xiàn)還是通過軟件來實現(xiàn)不能一概而論，只能是通過系統(tǒng)設計讓整個系統(tǒng)的性能價格比最高才是每個單片機系統(tǒng)設計者孜孜追求的目標。

在單片機分時系統(tǒng)的硬件設計中，由于對系統(tǒng)的準時性的要求不能降低，而大多數(shù)單片機的處理速度相對而言是較慢的。因此，在接口硬件的設計上應承受一些能將信息量保持的器件，如觸發(fā)器、鎖存器。同時要求這些器件應當是三態(tài)門輸出，由于是多路分時系統(tǒng)，當CPU沒有訪問到時，器件輸出呈現(xiàn)高阻，以利于總線對其他器件的訪問。還有，一些用軟件比較費時的操作應轉給硬件完成。如LED動態(tài)顯示，沒有必要肯定用intel8155或intel8255硬件接口讓軟件時時為顯示數(shù)字而煞費苦心，完全可以用intel8279或MAX7218及MAX7219這些可編程外圍器件來完成，使顯示既秀麗又簡潔。固然，到底哪些功能留給硬件完成，哪些功能留給軟件完成，應依據(jù)系統(tǒng)的不同而具體設計?？傊瑧傮w考慮，追求最高的性能價格比。

2.單片機分時系統(tǒng)的軟件設計

為了合理實現(xiàn)單片機分時系統(tǒng)，還須有完善的調(diào)度機制。完善的調(diào)度機制主要由調(diào)度指針和調(diào)度表組成。系統(tǒng)的調(diào)度分成兩級，一是“路”的調(diào)度，相當于指示程序橫向進展：從第一路的某一作業(yè)到其次路的某一作業(yè)，從其次路的某一作業(yè)再到第三路的某一作業(yè)……從最終一路回到第一路，循環(huán)往復。“路”調(diào)度的調(diào)度指針變化規(guī)律是固定不變的，算法簡潔，即遞增一或遞減一，循環(huán)到頭后，再返回到起始。相對應的“路”調(diào)度指針還應構造“路”調(diào)度表?！奥贰闭{(diào)度表每一項表示各“路”程序入口地址及跳轉指令。以MCS-51單片機為例，承受AJMPaddr11作為每一項的內(nèi)容，則調(diào)度表的每一表項占2個字節(jié)；當程序較長超過2K

字節(jié)，則承受LJMPaddr16作為每一項內(nèi)容，占3個字節(jié)。所設計的單片機系統(tǒng)共有多少“路”，該調(diào)度表就有多少項數(shù)。二是作業(yè)調(diào)度，即相當于指示程序縱向進展：從某一路的第一作業(yè)指向該路其次作業(yè)，其次作業(yè)指向第四作業(yè)……也有從第六作業(yè)指回第三作業(yè)的等等。因稍簡單任務的流向都不行能是單方向性的，從上一作業(yè)流到下一作業(yè)都要依據(jù)系統(tǒng)的檢測或運算結果來打算，因此作業(yè)調(diào)度指針的變化是隨機打算的。作業(yè)調(diào)度表的構成形式與“路”調(diào)度表一樣，每一項表示各作業(yè)模塊的程序入口地址及跳轉指令。作業(yè)調(diào)度表指示出各作業(yè)執(zhí)行的一般先后次序，表項數(shù)等于一路任務的最大作業(yè)數(shù)。為了分清每路的任務進程，單片機系統(tǒng)要把握多少路就必需有多少個作業(yè)調(diào)度指針及相應作業(yè)調(diào)度表。以上兩級指針都為1個字節(jié)的整數(shù)變量。調(diào)度指針與調(diào)度表的聯(lián)系是通過指令JMP@A+DPTR實現(xiàn)的。DPTR中是調(diào)度表的首地址。累加器A中的內(nèi)容是調(diào)度指針的整數(shù)倍，假設表項內(nèi)容是AJMPaddr11，則A的值為調(diào)度指針乘2；假設表項內(nèi)容是LJMPaddr16，則A的值為調(diào)度指針乘3。

除了以上主程序的調(diào)度設計外，各個作業(yè)**同的功能應放在中斷中實現(xiàn)，主要是放在定時器中斷。如計時功能應放在定時器定時中斷中實現(xiàn)，定時參數(shù)的選擇應考慮到系統(tǒng)各個作業(yè)中各種計時的要求，定時頻率一般為最小計時頻率的整數(shù)倍。任何軟件延時都是不允許的。實現(xiàn)分時把握的關鍵是在于合理地將系統(tǒng)的功能分解成各個作業(yè)模塊。作業(yè)模塊分得越細系統(tǒng)的實時性就越好。雖然單片機的時鐘頻率較低，在實際應用中當各個作業(yè)模塊被細分成各個“動作”及簡潔的運算后，分時系統(tǒng)的實時性是能得到保證的。缺點就是各“路”的控制處理程序被分割得支離裂開，模塊化得不到保證。

二、應用實例

系統(tǒng)硬件及工作原理

賓館用的視頻點播系統(tǒng)VOD〔Video>500){this.resized=true;this.style.>

每路大致的主程序是：檢測到振鈴信號后(即為振鈴檢測腳變低并保持8ms以上)，繼電器

吸合，同時馬上給機定盒回一接通信號——#鍵(保持400ms)。然后等待機定盒發(fā)送點播信息：客房號、點播的節(jié)目號，共4位DTMF碼；假設1s內(nèi)無DTMF碼收到(收到表示為解碼芯片的DV腳變高)表示操作有誤，繼電器斷開，狀態(tài)位復原，作業(yè)指針回0。收齊4位DTMF碼后將其整理并帶上該路的標志，轉化成3字節(jié)送到串行發(fā)送緩沖區(qū)，在定時器中斷效勞程序中發(fā)送。等待視頻效勞器回送應答信息，依據(jù)應答信息不同向機定盒回送不同的信息；假設超時無應答也向機定盒回送一碼(發(fā)碼時間都為100ms)。最終，繼電器斷開，狀態(tài)標志復原，緩沖區(qū)清0，作業(yè)指針也回到0。一個過程完成。

作業(yè)流程為了能實現(xiàn)8路分時工作，最主要的工作是將這一過程細分成一個個作業(yè)。筆者通過設計把它分成8個作業(yè)，各作業(yè)的流程如圖2所示。以上每一作業(yè)返回后,“路”指針自動加1，到8后回到0，以保證分時工作合理。

500){this.resized=true;this.style.>3.幾點技巧

8路信息采集卡的編程中，為了使程序更精練，筆者應用以下3個技巧：①由于這8路的工作是一樣的，程序可以共用，只須再構造1“路”地址表，每一表項含有本路的輸入鎖存器地址、輸出鎖存器地址、DTMF碼存放RAM地址、計時單元地址。這樣可以省掉“路”調(diào)度表，由于各路一樣作業(yè)的入口地址是一樣的。依據(jù)“路”指針的不同，帶入該“路”的地址表項，即可用一樣的程序對8路分別把握操作。②定時器中斷設置成4ms一次，這是由于振鈴是25Hz，檢測腳保持低電平的時間為10ms，它是最低的計時值。當振鈴檢測腳低電平保持時間少于8ms時可認為是干擾。每一路都有自己的計時單元，每次定時器中斷后，在定時效勞自程序中各路計時單元自動加1。在上一次作業(yè)中將計時單元請0，下一次作業(yè)讀出計時單元的值，延時值即為該值乘以4ms。這樣任何延時都不占用CPU機時。

③串行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收是8路共有的操作，承受共同的模塊。數(shù)據(jù)的鏈接是通過開拓緩沖區(qū)實現(xiàn)的，有發(fā)送緩沖區(qū)和接收緩沖區(qū)，承受4800baud的波特率。一般程序的串行數(shù)據(jù)發(fā)送時，都必要檢測TI位的變化來推斷1字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送是否完成，由此打算可否發(fā)下一字節(jié)數(shù)據(jù)。應用到分時系統(tǒng)是行不通的，這要占用CPU機時，由于承受4800baud的波特率，則每一字節(jié)的發(fā)送時間少于4