分時操作系統思想在單片機編程中的實現

摘要:提出基于分時系統思想的單片機系統設計方案，給出一具體應用的實例以及詳細的實現方法。

    關鍵詞：分時操作系統 單片機系統 作業調度 指針

前言

　　作為嵌入式系統主控單元——單片機，其軟件往往是一個微觀的實時操作系統，且大部分是為某種應用而專門設計的。系統程序有實時過程控制或實時信息處理的能力，要求能夠及時響應隨機發生的外部事件并對該事件做出快速處理。而分時操作系統卻是把CPU的時間劃分成長短基本相同的時間區間，即“時間片”，通過操作系統的管理，把這些時間片依次輪流地分配給各個用戶使用。如果某個作業在時間片結束之前，整個任務還沒有完成，那么該作業就被暫停下來，放棄CPU，等待下一輪循環再繼續做。此時CPU又分配給另一個作業去使用。由于計算機的處理速度很快，只要時間片的間隔取得適當，那么一個用戶作業從用完分配給它的一個時間片到獲得下一個CPU時間片，中間有所“停頓”；但用戶察覺不出來，好像整個系統全由它“獨占”似的。分時操作系統主要具有以下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。② 及時性。用戶提出的各種要求，能在較短或可容忍的時間內得到響應和處理。③ 獨占性。在分時系統中，雖然允許多個用戶同時使用一個CPU，但用戶之間操作獨立，互不干涉。

　　分時操作系統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，在價格允許的情況下，硬件設計務求CPU時鐘盡可能的快；計算及管理能力盡可能的強；程序和數據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，特別是采用分時操作系統的機器，因為是一機多用戶的管理系統，它的要求就更高了。相對而言，微控制器（MCU）俗稱單片機，是一個單片集成系統，它將這些或那些計算機所需的外設，諸如程序和數據存儲器、端口以及有關的子系統集成到一片芯片上。從硬件上，單片機系統與采用分時操作系統的計算機系統是無法比擬的。但是，在單片機系統的設計中，設計人員對其最終具體應用是一清二楚的，它的使用環境相對是單一固定的。所控制的過程的可預見性為分時系統思想的實現提供了可能性。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，這樣作業調度將變得簡單而無須占用很多的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、單片機分時系統的設計

　　單片機系統往往是一個嵌入式的控制系統，因此目前絕大部分的單片機系統還是一實時系統。能夠真正體現分時系統的設計思想的往往是那些多路重復檢測控制系統。即便是在這些多路重復檢測控制系統中，它的實時性也是非常重要的。也就是說，在單片機系統中應用了分時系統設計思想，但其及時

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