[发明专利]一种场景式无核嵌入式实时操作系统的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及嵌入式实时操作系统设计领域，尤其涉及单片机实时操作系统的设计和技术实现。

背景技术、

一、目前，嵌入式实时操作系统有很多，绝大多数都沿用了传统大型操作系统的思路，提供了一个操作系统内核，由内核来负责任务调度、内存管理等工作，以确保系统实时、多任务运行。其中，能适用于单片机的实时操作系统却不多见，已知的可用于单片机的操作系统有μC/OS-II、RTX51等，它们应用在相对简单的单片机系统上，有以下几个方面的缺点：

1、本来单片机的程序空间、内存容量等资源就非常有限，而操作系统内核需要占用相当一部分的程序空间和内存，这就制约了系统的性能，也限制了一大部分单片机无法使用这些操作系统。

2、由于运行这些内核程序需要占用处理器时间，使系统的实时能力大打折扣。同时这也不利于节约资源、节省能源。

3、操作系统内核程序技术非常复杂，学习和使用起来比较难，尤甚对于一些新手，更是难以上手。若非必要，一般不会去选用操作系统。

4、这些单片机操作系统只是提供了传统的内核功能，而对于需要大量设计工作的驱动程序、常用程序库等中间件程序，还是需要设计人员自己设计和不断积累。操作系统给开发者提供的帮助十分有限。

对于大量的中低档应用，现有单片机操作系统不太适用，因此目前大都还是采用大循环(big loop)程序结构，其优点是直观，容易理解。大循环程序结构是一种笼统的说法，并无一定之规，每个成熟的工程师可能都有自己的一套方法和程序积累，因此无法形成统一的开发平台。

随着“后PC”时代的到来以及物联网的兴起，单片机及一些中低档嵌入式系统的应用将更加广泛。使用操作系统的好处是显而易见的，它既可以减少大量的重复性劳动，提高开发效率，缩短开发周期，又可以减少出错的可能性，提高系统的稳定性和可靠性。因此，时代在呼唤一种既适合单片机及一些中低档嵌入式系统、易学易用、又能更加绿色环保的实时操作系统的出现。

    二、构件（component）技术是目前嵌入式开发中被广泛推广应用的软件技术，像VxWorks、eCos等著名的嵌入式实时操作系统都是采用构件化技术。构件是一个具有某种功能的单元，如某个驱动程序、库程序、内核等。 构件的大小用“颗粒度”来衡量，大尺度的构件可以包含多个小尺度的构件。操作系统构件化的意义在于能为开发者提供不同的构件，以使开发者能够配置出适合其特定需要的操作系统，从而节省资源，提高实时能力。

发明内容

本发明的目的是提出一种既符合单片机及一些中低档嵌入式应用的特点、又易学易用的单片机实时操作系统的实现方法。

本发明的技术方案包括两部分及以下步骤：

第一部分：软件建模方法

第一步，把应用系统按照运行进程分解成一串不同功能的场景，一个场景即是一个人机交互界面或是一个控制过程；

第二步，把所有场景按照多级树形结构组织起来；场景分为主场景和次级场景；

第三步，本发明把系统的实时任务划分为两类，即抢先式任务和普通任务，普通任务又分为全局任务和局部任务；

第二部分：软件编程方法

第四步，每个场景用一个包含无限循环的子程序来描述；整个应用系统程序的结构就是一个多级树形的循环嵌套结构；

第五步，编写或调入与上述程序建模结构相适应的设备驱动程序库、常用程序库等，并进行剪裁、配置，供各种任务调用；

第六步，配置系统的中断系统，并在中断程序中编写抢先式实时任务程序；

第七步，组织、编写全局任务的程序，并形成一个汇总调用子程序；各个场景都需要循环不断地调用该子程序；

第八步，编写各局部任务的程序；每个场景都有自己特有的局部任务，它们都需要放在该场景的循环体中不断地循环调用。

本发明的有益效果：

1、采用无核设计，解决了操作系统挤占单片机及一些中低档嵌入式系统资源的问题，既提高了系统的利用效率，也同时去掉了那些不是一般工程师所能轻易掌握的内核技术，提高了操作系统程序的可读性和易用性，使广大的工程师队伍都可以方便地使用本发明技术。