一個搶先式“裸奔“系統的設計

摘要：在一些資源比較緊張的嵌入式系統中，使用RTOS有時未必能夠較好地滿足系統較高的實時性要求。在軟件設計時，可以借鑒搶先式RTOS實時調度內核的方法，實現更為高效的任務調度算法，從而實現系統更高的實時性要求。
關鍵詞：嵌入式系統；搶先式調度；實時操作系統；STC12C5410

引言
這是2007年筆者在基于STC12C5410的工控系統里采用的軟件技術。系統中有兩個以主從方式通過I2C總線進行數據通信的節點，作為I2C總線的從機節點，因MCU性能限制了數據傳輸速率，因而每次通過總線傳輸30個字節的數據需要持續占用幾十ms的時間。由于在進行I2C總線通信的這段時間里，系統將不能響應輸入和改變輸出(類似系統停頓)，這么長的時間延遲對于有較高實時要求的工控系統顯得難于容忍。
為此，最初考慮解決問題的辦法有3個：
①打斷和拆分數據包，采用多次傳輸的辦法。這樣做不但需要修改從機的軟件，多個數據包的連接又讓軟件變得復雜起來，所以這不是個很好的辦法。
②由于I2C總線在進行數據傳輸中，波特率較低，存在大量短時delay()，可以采用定時中斷，在定時中斷中只變換一次電平后就返回，從而在后臺完成數據發送。但這樣就導致中斷服務中必須執行一個很龐大的狀態機判斷，中斷服務中大量的判斷也非常耗時耗力，且調試也不方便。
③采用RTOS技術，但在80C51系統上使用RTOS，再精練的實時調度，每個tick的時間都很難低于1 ms。經測試，I2C總線傳輸中途遇到1 ms以上的傳輸中斷，會產生總線超時錯誤，因而在本系統中即使采用RTOS也未必能很好地解決問題。
通過一段時間對RTOS的分析和研究，最后在80C51的裸奔系統中嵌入特別定制的精練的搶先式調度來完成主要任務和I2C總線任務的并行執行，最終獲得了很好的效果。
下面就來詳細地講述這個定制的搶先式調度的編程技巧。

1 I2C總線通信子程序
對I2C總線的時序在此就不作介紹了，下面是部分基于Keil C51模擬主I2C總線的通信子程序代碼如下：


上面是基于80C51模擬I2C總線的通信程序，其中的HIGH、LOW是1、0的宏定義，idelay()提供時序要求的一段時間的延時。
不難看出，這和通常的模擬I2C總線的通信子程序完全一樣。事實上，我也是直接使用了以前的子程序。