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引言

　　一個高效的單片機智能控制系統(tǒng), 不僅要求系統(tǒng)能夠同時執(zhí)行多個任務(wù),對每個任務(wù)作出實時響應(yīng), 而且要求系統(tǒng)能夠及時響應(yīng)隨機發(fā)生的外部事件, 并對其作出快速處理。對于這樣的系統(tǒng)應(yīng)用,采用實時操作系統(tǒng) RTOS( Re
a l
ti m e
Operati ng Syste m )作為系統(tǒng)軟件設(shè)計平臺是一個良好的選擇,它可以靈活地安排系統(tǒng)資源,簡化復(fù)雜的軟件設(shè)計,加快軟件的開發(fā)效率,大大縮短了項目的開發(fā)周期。道路交通燈是常見的一種多任務(wù)控制系統(tǒng), 本文以此為例, 詳細闡述了 51嵌入式實時操作系統(tǒng) RTX51開發(fā)軟件的方法和步驟。

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系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

　　交通信號燈控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下三個功能:

　　( 1) 信號燈指示,即完成十字路口紅、 黃、 綠交通信號燈的控制。

　　( 2) 時間顯示, 各個信號燈持續(xù)的時間顯示。

　　( 3) 緊急情況響應(yīng), 當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者有緊急情況是能夠及時響應(yīng)。

　　根據(jù)以上功能要求, 完整的交通燈控制系統(tǒng)硬件電路如圖 1所示, 主要由三部分模塊組成:單片機系統(tǒng)模塊、 紅綠色顯示模塊、 倒計時顯示模塊、 緊急中斷模塊。

圖 1
系統(tǒng)原理圖.

　　 ( 1) 單片機系統(tǒng): 包括時鐘電路和開關(guān)復(fù)位電路單片機選用 具有成本 低廉 且具有 串口 ISP下 載功能 的S TC89C52單片機,晶振選用 12MH z 。

　　( 2) 信號燈指示電路: 東西南北四個方向分別有紅、 綠黃三個狀態(tài)指示的燈,其中南北方向的紅綠黃發(fā)光二極管分別連接到 P1 . 0~ P1 . 2 , 東西方向的紅綠黃發(fā)光二極管分別連接到 P1 . 3~ P1 . 5。

　　( 3) 倒計時顯示:每個交通燈狀態(tài)倒計時時間由兩位共陽數(shù)碼管顯示,八位段碼分別連接到 P0 . 0~ P2 . 7 , 兩位位選通過反向器分別連接到 P3 . 4 、P3 . 5。

　　( 4) 緊急中斷:開關(guān) K1為緊急中斷開關(guān), 當(dāng)有特殊情況時按下 K1 , K1連接到單片機 P3 . 2外部中斷 0輸入端。

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基于 RTX51的軟件設(shè)計

　　近年來,利用嵌入式實時操作系統(tǒng)來開發(fā)嵌入式系統(tǒng)的軟件已是大勢所趨。這是因為傳統(tǒng)的這類設(shè)計中, 大多采用了中斷結(jié)合單任務(wù)的順序機制進行, 這種設(shè)計方法雖然比較直觀,但是也帶來了諸如穩(wěn)定性差、 不便于調(diào)試等問題。尤其是當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜、 實時性要求比較高時, 這種單任務(wù)機制的缺陷更為明顯。利用嵌入式實時操作系統(tǒng), 程序開發(fā)者可以將復(fù)雜的系統(tǒng)分成多個相對獨立的任務(wù), 從而分而治之,降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性; 通過對不同的任務(wù)賦以不同的優(yōu)先級,從而能夠保證系統(tǒng)的實時性; 同時, 由于軟件系統(tǒng)有多個任務(wù)組成, 所以其模塊化程度好, 提高了系統(tǒng)的可維護性。因此,這里利用實時操作系統(tǒng) RTX51來進行軟件系統(tǒng)的設(shè)計。

　　2 . 1
RTX51實時操作系統(tǒng)介紹

　　RTX
51是美國 Ke il公司開發(fā)的一種運行于 8051單片機環(huán)境中的實時多任務(wù)操作系統(tǒng) ( RTOS), 其常用于處理復(fù)雜的多任務(wù)控制系統(tǒng)。 8051單片機支持典型的 RTX
51 T i ny和 RTX
51 Fu ll實時多任務(wù)操作系統(tǒng)。在 Ke il
V i son3集成開發(fā)環(huán)境中提供了 RTX
51實時操作系統(tǒng)的編譯和仿真調(diào)試支持。

　　在多任務(wù)嵌入式系統(tǒng)中, 合理的任務(wù)調(diào)度必不可少。單純通過提高處理器速度無法達到目的, 這樣就要求嵌入式系統(tǒng)的軟件必須具有多任務(wù)調(diào)度能力。在微控制器應(yīng)用系統(tǒng)中通常可以分解為多個相互獨立的功能模塊, 在 RTX51嵌入式實時操作系統(tǒng)中將這些模塊劃分為任務(wù), 引入多任務(wù)機制管理。依據(jù)系統(tǒng)功能優(yōu)先級分配不同的任務(wù), 多個任務(wù)分別在各自的時間片內(nèi)訪問 CPU, 從而產(chǎn)生了微觀上輪流運行、 宏觀上并行運行的多任務(wù)效果, 保證了對外界的信息足夠快的速度進行響應(yīng)處理, 又能并行運行多個任務(wù), 因此能很好完成對多個信息的實時測量、 處理并進行響應(yīng)的多個實時控制。

　　2 . 2
任務(wù)分配

　　在本系統(tǒng)中,依據(jù)交通燈控制系統(tǒng)功能的分析, 將整個軟件系統(tǒng)分解為以下三個任務(wù), 系統(tǒng)初始化、 紅綠黃燈顯示、倒計時顯示。具體情況如下:

　　任務(wù) 0 : 用于系統(tǒng)初始化,開外部中斷 0 ; 啟動任務(wù) 1和任務(wù) 2 。

　　任務(wù) 1 :紅綠黃信號指示燈控制, 實現(xiàn)紅綠黃燈的五種狀態(tài)控制。狀態(tài) 0 : 東西方向紅燈亮, 同時南北方向綠燈亮, 亮的時間為 30 S ; 狀態(tài) 1 : 東西方向紅燈亮,南北方向黃燈閃爍,時間為 3 S ; 狀態(tài) 2 : 東西方向綠燈亮, 同時南北方向紅燈亮,時間為 30 S ; 狀態(tài) 3 : 東西方向黃燈閃爍,南北方向紅燈亮, 時間為 3 S ;狀態(tài) 4 : 當(dāng)緊急開關(guān)按下時, 響應(yīng)緊急狀況或者故障狀態(tài),東西南北四個方向紅燈均亮,時間為 10 S。

　　任務(wù) 2 :各個狀態(tài)指示燈倒計時顯示。兩個數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示, 實時顯示當(dāng)前交通指示燈狀態(tài)的倒計時時間。

　　2 . 3
程序設(shè)計

　　依據(jù)任務(wù)分配, 將三個任務(wù)分別規(guī)劃為 _task _0 , _task _1 , _task_2 , 由于完整的程序較大, 這里不便給出, 只給出部分代碼,如下所示。

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結(jié)束語

　　本文以道路交通燈控制系統(tǒng)為例, 詳細介紹了 RTX51實時操作系統(tǒng)在單片機程序設(shè)計中的應(yīng)用。系統(tǒng)實際運行結(jié)果表明, RTX51實時操作系統(tǒng)既能保證對外界的信息以足夠快的速度進行處理,又能并行運行多個任務(wù), 具有實時性和并行性的特點, 因此能很好地完成對多個信息的實時測量、 處理和進行相應(yīng)的多個實時控制。此外, 使用 RTX51實時操作系統(tǒng),降低了軟件編寫的復(fù)雜度, 提高了產(chǎn)品的開發(fā)效率,方便了系統(tǒng)的維護和功能擴展。