分時操作系統(tǒng)思想在單片機(jī)編程中的實現(xiàn)

作為嵌入式系統(tǒng)主控單元——單片機(jī)，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(yīng)用而專門設(shè)計的。系統(tǒng)程序有實時過程控制或?qū)崟r信息處理的能力，要求能夠及時響應(yīng)隨機(jī)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(jié)束之前，整個任務(wù)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(jī)的處理速度很快，只要時間片的間隔取得適當(dāng)，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(dú)占”似的。分時操作系統(tǒng)主要具有以下3個特點(diǎn)：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(nèi)得到響應(yīng)和處理。③ 獨(dú)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(dú)立，互不干涉。
分時操作系統(tǒng)主要是針對小型機(jī)以上的計算機(jī)提出的。一般而言，微處理器（MPU）驅(qū)動的通用計算機(jī)，系統(tǒng)設(shè)計人員對每一臺的最終具體應(yīng)用都是不得而知的，因此，在價格允許的情況下，硬件設(shè)計務(wù)求CPU時鐘盡可能的快；計算及管理能力盡可能的強(qiáng)；程序和數(shù)據(jù)存儲器的容量盡可能的大；各種計算機(jī)外設(shè)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(jī)器，因為是一機(jī)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(jī)，是一個單片集成系統(tǒng)，它將這些或那些計算機(jī)所需的外設(shè)，諸如程序和數(shù)據(jù)存儲器、端口以及有關(guān)的子系統(tǒng)集成到一片芯片上。從硬件上，單片機(jī)系統(tǒng)與采用分時操作系統(tǒng)的計算機(jī)系統(tǒng)是無法比擬的。但是，在單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計中，設(shè)計人員對其最終具體應(yīng)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(yù)見性為分時系統(tǒng)思想的實現(xiàn)提供了可能性。具體一點(diǎn)就是：雖然單片機(jī)的CPU速度較低，但其任務(wù)是可預(yù)見的，這樣作業(yè)調(diào)度將變得簡單而無須占用很多的CPU時間，同時“時間片”的設(shè)計是具體而有針對性的，因此可變得很有效。
一、單片機(jī)分時系統(tǒng)的設(shè)計
單片機(jī)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(jī)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(shè)計思想的往往是那些多路重復(fù)檢測控制系統(tǒng)。即便是在這些多路重復(fù)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(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用了分時系統(tǒng)設(shè)計思想，但其及時性應(yīng)首先進(jìn)行考慮。