分時操作系統(tǒng)思想在單片機編程中的實現(xiàn)

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詳細的實現(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)，且大部分是為某種應用而專門設計的。系統(tǒng)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(fā)生的外部事件并對該事件做出快速處理。而分時操作系統(tǒng)卻是把CPU的時間劃分成長短基本相同的時間區(qū)間，即“時間片”，通過操作系統(tǒng)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(yè)在時間片結束之前，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)再繼續(xù)做。此時CPU又分配給另一個作業(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(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 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(tǒng)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(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(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，特別是采用分時操作系統(tǒng)的機器，因為是一機多用戶的管理系統(tǒng)，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(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)與采用分時操作系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)是無法比擬的。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。所控制的過程的可預見性為分時系統(tǒng)思想的實現(xiàn)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(yè)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(tǒng)的設計

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

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