再出个调度器，极小资源单片机值得一用

2019-04-15 18:27发布

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 再出个调度器，极小资源单片机值得一用 [打印本页]
作者: smset    时间: 2012-11-26 11:41
标题: 再出个调度器，极小资源单片机值得一用
自认为有如下特点：

1)  超级可以移植性，与CPU无关，几乎任何支持C语言编程的CPU都可以用！（本文仅仅以51单片机为例而已，但实际上可以任意移植）
2)  小之又小， 原理很简单，一看就懂。
3)  省之又省， 可以说对RAM和ROM省到极致。
4)  取protothread之精华，将定时器与状态机和伪线程语法融合到一个框架，任务函数可以有两种写法。
5)  基于定时器触发，调度效率高，最大化减少无效的代码运行时间。
***********************************************************/  
#include
#include

/*****************小小调度器部分开始********************************************/ 
#define  _SS   static char lc=0; switch(lc){   case 0: lc=0;
#define  _EE   }; lc=0; 
#define  WaitX(a,b)  settimer(&lc,__LINE__,a,b); return ; case __LINE__:
struct TASK {
  char td;
  void (*fp)();
};
#define MAXTASKS 5
struct TASK tasks[MAXTASKS];

//设置定时器
void settimer(char *lc,char  line,char  tmrid,int d){
  *lc=line;
  tasks[tmrid].td=d;
}
//逻辑定时器处理，在定时器中断里调用
void dectimers() { 
unsigned char i;   
for (i=0;i
   if (tasks[i].td>0)  tasks[i].td--;  
}
}
//任务调度函数，在main里面运行
void runtasks() {
   unsigned char i;    
   for(i=0;i
   {   
     if (tasks[i].fp!=0){    
           if (tasks[i].td==0){
             tasks[i].td=-1;  
             tasks[i].fp();
                }  
         }         
        }
}
/****************小小调度器部分结束*******************************************************/


sbit KEY = P3^2;
unsigned char code numtab[16]={0x24,0x6F,0xE0,0x62,0x2B,0x32,0x30,0x67,0x20,0x22,0x21,0x38,0xB4,0x68,0xB0,0xB1};


sfr IAP_CONTR = 0xC7;
sfr WDT_CONTR = 0xC1;

//清除看门狗
void clr_wdt()
{
  WDT_CONTR =0x3C; 
}

//初始化定时器
void InitT0()
{
        TMOD = 0x21;
        IE |= 0x82;  // 12t
        TL0=0Xff;
        TH0=0Xb7;
        TR0 = 1;
}
//定时器中断
void INTT0(void) interrupt 1 using 1
{
        TL0=0Xff;    //10ms 重装
        TH0=0Xb7;
        dectimers();
}

sbit LED1= P2^4;  

//任务一，状态机写法
void ontimer0(){ 
  LED1=!LED1;  // LED1引脚接在发光管负极，LED1=0 为亮，LED1=1为灭。

  //重装定时器
  if (LED1) tasks[0].td=45;  //450mS 灭
  else tasks[0].td=5;  //50ms  亮
}

//任务二，状态机写法
char keycount=0;
void task1(){
if(KEY==0) {
   keycount++;
   if (keycount>20) IAP_CONTR = 0x60;  //持续按下键1秒，将重启并进入固件升级
}
else{
    keycount=0;
}
//重装定时器
tasks[1].td=5;
}


//任务三，伪线程写法
void  task2()
{
static char i;
_SS

while(1){

for(i=0;i<=9;i++){   //从0--9快速显示，间隔200mS
   WaitX(2,20);         //    等待200mS,实际是设置定时器2为200mS
   P1=numtab[i];
}
for(i=0;i<=9;i++){ //从0--9慢速显示，间隔500mS
   WaitX(2,50);       //    等待500mS,实际是设置定时器2为500mS
   P1=numtab[i];
}
}

_EE
}



void main()
{
        unsigned char         KeyNum;
        P3M0 = 0x00;
        P3M1 =0x00;
        //WDT_CONTR= 0x00;   //关闭看门狗
        P1 = 0xff;         //关显示

          clr_wdt();

        InitT0();

        KEY =1;                                //按键IO口
        KeyNum=0;                        //按下次数

    //装载任务:
        tasks[0].fp=ontimer0; 
        tasks[1].fp=task1; 
        tasks[2].fp=task2; 

    //循环调度
        while(1){
         runtasks();
         clr_wdt();
        }
} 新的修改与优化及限制
  1. /****小小调度器开始**********************************************/
  2. #define MAXTASKS 2
  3. static unsigned char timers[MAXTASKS];
  4. unsigned char currdt;
  5. #define _SS static unsigned char _lc; switch(_lc){default: 
  6. #define _EE ;}; _lc=0; return 255;
  7. #define WaitX(tickets)  do {_lc=__LINE__+((__LINE__%256)==0); return tickets ;} while(0); case __LINE__+((__LINE__%256)==0): 
  8. #define RunTask(TaskName,TaskID) do { if (timers[TaskID]==0) timers[TaskID]=TaskName(); }  while(0);

  10. #define CallSub(SubTaskName) do { _lc=__LINE__+((__LINE__%256)==0); return 0; case __LINE__+((__LINE__%256)==0):  currdt=SubTaskName(); if(currdt!=255) return currdt;} while(0);
  11. #define UpdateTimers() unsigned char i; for(i=MAXTASKS;i>0 ;i--){if((timers[i-1]!=0)&&(timers[i-1]!=255)) timers[i-1]--;}

  13. #define SEM unsigned int 
  14. //初始化信号量
  15. #define InitSem(sem) sem=0;
  16. //等待信号量
  17. #define WaitSem(sem) do{ sem=1; WaitX(0); if (sem>0) return 1;} while(0);
  18. //等待信号量或定时器溢出， 定时器tickets 最大为0xFFFE
  19. #define WaitSemX(sem,tickets)  do { sem=tickets+1; WaitX(0); if(sem>1){ sem--;  return 1;} } while(0);
  20. //发送信号量
  21. #define SendSem(sem)  do {sem=0;} while(0);

  23. /*****小小调度器结束*******************************************************/

  25. sbit LED1 = P2^1;
  26. sbit LED2 = P2^2;

  28. void InitT0()
  29. {
  30.         TMOD = 0x21;
  31.         IE |= 0x82;  // 12t
  32.         TL0=0Xff;
  33.         TH0=0XDB;//22M---b7;
  34.         TR0 = 1;
  35. }

  37. void INTT0(void) interrupt 1 using 1
  38. {
  39.     UpdateTimers();

  41.     TL0=0Xff;    //10ms 重装
  42.     TH0=0XDB;//b7;    
  43. }


  46. void  task1(){
  47. _SS
  48.   while(1){
  49.    WaitX(50);
  50.    LED1=!LED1;   
  51.   }
  52. _EE
  53. }

  55. void  task2(){
  56. _SS
  57.   while(1){
  58.    WaitX(100);
  59.    LED2=!LED2;   
  60.   }
  61. _EE
  62. }


  65. void main()
  66. {
  67.         InitT0();
  68.         while(1){
  69.            RunTask(task1,0);
  70.            RunTask(task2,1);
  71.     }
  72. }

复制代码 在keil下编译，又减少了18字节的ROM(超过10％了)。应该运行效率会更高。

－－－－－－－－－－－－－－－－－－以下为说明－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

小小调度器任务函数的写法主要注意的，主要有三点：

1） 任务函数内部变量，建议都用静态局部变量来定义。
2） 任务函数内不能用switch语句。
3） 任务函数内，不能用return语句。 因为return已经被赋予任务延时的特定意义。（这是返回型任务函数版本的一个强制要求）

这三点，并不会明显造成写程序的不方便。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
从裸奔到使用OS操作系统或调度系统的代价主要有：

硬件资源代价（对RAM和ROM的消耗），学习代价（学会其原理，并掌握其用法），移植代价（往不同cpu上移植的工作量），效率代价（使用调度系统后带来的额外cpu负担），商业代价（版权费用），稳定性代价（是否引入潜在不稳定因素，或者增大bug跟踪调试工作量）。

从这几方面来讲，应用小小调度器的代价，都是非常小的。
1） 硬件资源代价： 前面的优化版本已经说明问题。keil下，本例程ram消耗 : 22字节，rom消耗126字节.
2） 学习代价： 小小调度器总共只有十多行代码，如果我们做一个简单的解释说明，理解起来其实是很快的。我相信学习时间比其他调度系统要短。
3） 移植代价： 几乎没有什么移植工作量，对于各种cpu,几乎是通吃。
4） 效率代价： 我们一直在努力优化，相信调度效率已经不低了。比如任务切换时间，应该是可以做到uS级别，甚至亚uS级别。
5） 商业代价： 小小本调度器为免费使用，无需支付任何费用。
6） 稳定性代价：小小调度器本质上仅仅是几个宏而已，未涉及任何对内部寄存器或堆栈的操作，避免了引入不稳定风险因素，所有操作都在可预见，可把控的前提下进行。
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－

作者: smset    时间: 2012-11-26 11:42
本帖最后由 smset 于 2012-11-26 11:44 编辑 

自己写的，抛砖引玉，希望大家指正哈。本例用于说明调度器的核心思想，当然也可以用，但实际上还可以做得更完善。
作者: tim    时间: 2012-11-26 11:44
先收藏再学习
作者: linucos    时间: 2012-11-26 11:57
多谢lz分享！
作者: tianxian    时间: 2012-11-26 12:16
收藏先，谢谢分享
作者: zqy517    时间: 2012-11-26 12:28
多谢lz分享,学习下思想！
作者: hameyou    时间: 2012-11-26 12:29
看看，学习一下
作者: zhonggp    时间: 2012-11-26 13:05
裸机中的战斗机
作者: smset    时间: 2012-11-26 13:15
本调度器的宗旨是：以最小的代价，实现基于自然语法的多任务并行处理机制。并具备代码的高度可以移植性。
每个任务占用3个字节RAM。任务数量没有限制。

其工作原理很简单，大家可在此基础上任意DIY自己的调度方法。
作者: powermeter    时间: 2012-11-26 13:16
xiexie mark
作者: soosqt    时间: 2012-11-26 13:22
把工程也上传上来观摩下
作者: smset    时间: 2012-11-26 13:25
本帖最后由 smset 于 2012-11-26 13:30 编辑 
soosqt 发表于 2012-11-26 13:22 
把工程也上传上来观摩下


整个工程只有一个文件 main.c,  上面的就是main.c的完整代码。


呵呵，也许是调度器太小了，连单独的.h文件和c文件都没有做。
作者: dory_m    时间: 2012-11-26 13:26
学习，谢谢！！！
作者: chhh    时间: 2012-11-26 13:27
记号，学习一下
作者: whatcanitbe    时间: 2012-11-26 13:30
#define  WaitX(a,b)  settimer(&lc,__LINE__,a,b); return ; case __LINE__:

请问这句话如何理解啊？
看不明白
作者: zhonggp    时间: 2012-11-26 13:34
替代就明白了,经典啊!!!
作者: xad74    时间: 2012-11-26 13:41
好了，等会看看
作者: dreampet    时间: 2012-11-26 14:14
非常不错，WaitX的替换很巧妙
作者: lee345    时间: 2012-11-26 14:32
学习参考下
作者: huangdongle    时间: 2012-11-26 14:34
mark！！！
作者: sdyzxue    时间: 2012-11-27 09:13
虽然不是很懂，也是要谢谢lz的无私分享。
作者: duanll    时间: 2012-11-27 09:18
  再改改，去掉函数指针，这样在51下能工作得更好。
作者: yijiangshan    时间: 2012-11-27 09:20
什么牛人都有啊。
作者: wmm20031015    时间: 2012-11-27 09:46
不错
作者: smset    时间: 2012-11-27 10:07
本帖最后由 smset 于 2012-11-27 10:41 编辑 
duanll 发表于 2012-11-27 09:18 
再改改，去掉函数指针，这样在51下能工作得更好。


嗯，是的，可以自己改，无需函数指针也完全可以，这样每个任务只需1到2个字节。

我已经在此基础上，继续优化下一个版本：
已经实现的新增特点：
1） 整个调度器总共占用1个字节RAM。 （是的！只占1个字节的RAM！ 实在想不出还有没有比这个更省资源的调度器），调度器本身占用的ROM在200字节以内。
2） 去掉函数指针，一个任务只占用1到2个字节，支持任务内延时函数。顶层任务数量最大为255个。
3） 支持子任务调用。 一个子任务只占用1个字节RAM，子任务内也支持延时函数，并支持子任务函数传递参数。支持多级嵌套子任务调用，子任务数量没有限制。
4） 任务函数语法更精炼，如WaitX(2,20)简化为WaitX(20),无需指定定时器编号。

我的目标是： 打造一个极小单片机均可用的，与CPU硬件型号无关的调度系统，让256字节RAM都显得宽敞！
调度器代码将全公开，全免费使用，让天下“贫民”的单片机都用起，而且用得好！ 比裸奔都更省资源！让“贫民”单片机不再裸奔，也无需裸奔！
（该版本将在第100楼放出，希望大家捧场哈）
作者: llysc    时间: 2012-11-27 10:36
收藏学习~~~~~~~
作者: end2000    时间: 2012-11-27 10:42
学习参考
作者: formatme    时间: 2012-11-27 10:59
试试看，不要汇编的移植起来容易多了
作者: xiaoziwen    时间: 2012-11-27 11:05
基于时间片的 轮训调度器
作者: kuki0702    时间: 2012-11-27 12:10
非常不错，学习学习！
作者: elecfun    时间: 2012-11-27 12:14
真够小的，我看我以后我的程序都可以用上了   

顶到100楼哈
作者: shotstar    时间: 2012-11-27 12:20
楼主的好样的，我帮顶一下。
作者: hameyou    时间: 2012-11-27 12:30
继续顶起了
作者: ihuotui    时间: 2012-11-27 12:46
有点意思，时间分片任务调度。晚上回去试试。
作者: guzhongqi    时间: 2012-11-27 12:50
跟我写的差不多，但有个缺陷，如果某一个任务超时或死循环了，其他任务就没机会运行了，这是跟实时内核最本质的区别。
作者: oktek    时间: 2012-11-27 12:52
顶到100楼
作者: up101    时间: 2012-11-27 12:54
捧场了，好牛逼的样子
作者: soosqt    时间: 2012-11-27 12:56
smset 发表于 2012-11-27 10:07 
嗯，是的，可以自己改，无需函数指针也完全可以，这样每个任务只需1到2个字节。

我已经在此基础上，继续 ...

 顶100楼，最好把工程设成可以软件仿真的，上面那个工程软件仿真不成
作者: ustbzm    时间: 2012-11-27 12:56
学习一下！
作者: shdjdq    时间: 2012-11-27 13:09
系统调度任务时间太长，个头也太大。如果小而精，那太好了。
作者: makesoft    时间: 2012-11-27 13:12
一般来说大一点的系统才需要OS，像我们一般是超过1W行源程序的才会考虑OS，小系统做不好的人即使使用OS一样做不好，所以这种小资源的OS基本也就是写个什么论文用用罢了
作者: aworker    时间: 2012-11-27 13:15
不错的，支持一下！
作者: smset    时间: 2012-11-27 13:27
soosqt 发表于 2012-11-27 12:56 
顶100楼，最好把工程设成可以软件仿真的，上面那个工程软件仿真不成 ...

 这个光荣的任务就交给你吧。最好是基于AVR防真，我对proteus又有段时间没弄，生疏了。
作者: lihaolongli    时间: 2012-11-27 13:28
前边的宏定义看的不大明白
作者: metalmadman    时间: 2012-11-27 13:30
      mark
作者: zhwm3064    时间: 2012-11-27 13:

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