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说执行效率近乎裸机，可能一听这话就有很多人想都不想，看都不看，直接就要拍砖。
编写此内核的起因和探索过程我几天前已经发到坛子上了http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=4310923&bbs_page_no=1&bbs_id=1000
整个内核没用利用任何中断，程序执行过程无任何打断，与裸机代码没任何区别，所以，如题绝不夸张。
没有利用定时中断作为任务调度的时钟基准，这个我不敢说后无来者，但应该是前无古人。
几天前写完，经过一定测试，现在发出跟大家分享一下，希望能得到大家的指点。
先给大家介绍下这个Z1/OS内核的亮点功能：
1、任务动态建立、动态删除：比如我们要做一个路由器，对每一台连接的PC都可以是相同的程序，当有PC机链接时，单独建立一个任务处理，当PC机关机，这边还可以动态删除任务，内存利用率极高，对编程也提供了最简便的方法。
2、无定时中断打断：这在各种OS上，绝对是个难题，OS的性能损失主要也是源于中断的时间，而Z1/OS，没利用定时中断，就更不要说损失了。
3、节拍小：每个OS上都会有时钟最小节拍，如果设置大了，响应能力慢，设置小了，性能损失严重。而本内核基于非中断模式，可以把节拍放到非常小，也无需担心性能损失问题。
4、体积小、可裁减：内核功能全开，也仅需要2K左右ROM，74B左右RAM，而且还可根据需要裁剪，最小可致1K左右ROM， 45B左右RAM。
5、最大支持8个优先级，256个以上任务：支持8个优先级，同优先级任务轮渡。
6、可移植性高：不超过80行的内敛汇编，在任何单片机及环境下都极易实现。
7、可调式性：内核内部采用很多容错检测来提高内核安全性，但这样往往造成无用代码过多，效率低下。而Z1/OS，可分两版本编译，
当OS_DEBUG_EN为1时，内核编译为调试版本，进行很多错误检测。当开发完成时，可设置OS_DEBUG_EN为0。即安全又高效。
8、易学习：各种函数、宏、移植文件布局，都采用UCOS、SMAllOS 51等内核通用命名方式，让有OS基础的人，第一时间上手。
先上一个例子，让大家看看其易用性，其效果是让MEGA16、8MHZ上，PA、PB、PC、PD四组口连接四组灯，让其以不同频率、不同图案变换：
#include"Z1OS.h"
int main(void)
{
OSInit();
OSTaskCreate(Task0, 70, 77);
OSTaskCreate(Task1, 70, 78);
OSTaskCreate(Task2, 70, 79);
OSTaskCreate(Task3, 70, 80);
OSStart();
}
其中
OSInit();是系统初始化
OSTaskCreate()第一个参数是指定任务函数名、第二个是任务堆栈大小、第三个是任务ID
Task0、Task1、Task2、Task3是四组图案的函数，每一本身都是一个大循环，就是普通小灯程序代码，不贴了。
OSStart();系统运行。
用过OS的人看着眼熟吧，没用过的也可望名之意。但其中没有让用户自己指定堆栈地址，而是仅仅指定个堆栈大小，是因为此内核是建立在动态任务的基础上的，无需自己静态建立堆栈那么烦琐。
给大家介绍下，Z1/OS目前提供的服务函数介绍吧：
/*
*********************************************************************************************************
* 函数原型：BOOLEAN OSTaskCreate(void(*Task)(void),
* INT16U StkSize,
* INT8U TaskId);
* 函数介绍
* 输入参数：void (*Task)(void)
* 为指向新任务执行函数地址的指针
* INT16U StkSize
* 为新任务分配的堆栈大小
* INT8U TaskId
* 新任务ID
* 输出参数：无
* 返回值 ：TRUE 任务建立成功
* FALSE 任务建立失败(内存不足)
*********************************************************************************************************
*/
当OS_TASK_SUSPEND_RESUME_EN设置为1时可使用
/*
*********************************************************************************************************
* 函数原型：void OSTaskSuspend(INT8U TaskID);
* 函数介绍：将指定ID任务挂起（停止）
* 输入参数：INT8U TaskID
* 指定任务ID值
* 输出参数：无
* 返回值 ：无
*********************************************************************************************************
*/
当OS_TASK_SUSPEND_RESUME_EN设置为1时可使用
/*
*********************************************************************************************************
* 函数原型：void OSTaskResume(INT8U TaskID);
* 函数介绍：将指定ID的任务就绪，
* 即将被暂停或挂起（停止）的任务恢复
* 输入参数：INT8U TaskID
* 指定任务ID值
* 输出参数：无
* 返回值 ：无
*********************************************************************************************************
*/
/*
*********************************************************************************************************
* 函数原型：void OSTimeDly(INT8U Ticks);
* 函数介绍：将当前任务暂停若干节拍
* 输入参数：INT8U Ticks
要暂停的节拍数
* 输出参数：无
* 返回值 ：无
*********************************************************************************************************
*/
当OS_TIME_DLY_MS_EN为1可使用
特殊说明，此函数采用跟GCC自带_delay_ms一样的方式，借用编译器内部方式实现，虽然参数为FP64，其只是会提高精度，而不会真的浪费内存按此编译。
/*
*********************************************************************************************************
* 函数原型：void OSTimeDlyMS(FP64 Ms)；
* 函数介绍：将当前任务暂停指定的毫秒数
* 输入参数：FP64 Ms
* 要暂停的毫秒数
* 输出参数：无
* 返回值 ：无
*********************************************************************************************************
*/
当OS_TIME_DLY_HMS_EN为1和OS_TIME_GET_SET_EN为1时，可使用
/*
*********************************************************************************************************
* 函数原型：void OSTimeDlyHMS(INT8U Hours, INT8U Minutes, INT8U Seconds)；
* 函数介绍：将当前任务暂停指定的一段时间
* 输入参数：INT8U Hours
要暂停的小时数
INT8U Minutes
要暂停的分钟数
INT8U Seconds
要暂停的秒数
* 输出参数：无
* 返回值 ：无
*********************************************************************************************************
*/
宏OSMalloc（size） OSFree（*p）实现内存动态申请释放，由于GCC性能卓越，暂时这两函数仅调用GCC自带的malloc、free，
以后我会实现一个轻量级的内存池，来防止内存碎片。
宏OS_ASSERT可以用来检测程序编写时的逻辑错误，本内核本身大量采用了这个宏来进行错误检测。当调试完毕，把OS_DEBUG_EN为0，自然将这些检测取消。应用程序也可以调用此宏来进行调试。
下午还有课，写不完了，把内核传上来，大家可以试一试。
此时基于GCC_AVR、MEGA16、8MHZ的版本，里面有个程序，就是上面说的四组灯，还有Proteus的仿真，大家可以先试试。
上面提到OS_XX_EN都是在os_cfg.h中配置，配置完运行自带的那个MakeFile即可。
上完课我在详说，不明白的也可以发到我邮箱，欢迎大家使用。
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好的，继续。有网友让说说这个内核的时钟基准和任务调度算法，那就先说说。这个其实就是这内核最重要的部分，要讲清楚，就说说过程。
以往协作式内核和剥夺式内核的时钟基准全部采用定时中断，这性能损失对于高端机不算什么，但对于32MHZ以下的单片机，这些损失是巨大。
拿uCOSII来说，我将它非常小心的精简、改造后移植到了Mega16，但并没有什么使用价值。在Mega128上，将4K RAM全部用掉都无法将uCOSII全部功能展开。
而且uCOSII的建议系统频率是多少？是10HZ - 100HZ！而为了适应我们低性能单片机，我勉强将其调到400HZ，但这是性能损失已经无法估量，其每2ms多点就会被中断打断一回，这太可怕了。
而我们需要的延时最少也要ms级，那是1000HZ！换句话说uCOSII移植到AVR仅仅是为了移植而移植~~并没有太大使用价值（声明下，我并没有攻击uCOSII,而且恰恰相反，我是uCOSII的忠实爱好者，在这里只是就是论事）
而这些类系统为什么需要那么大体积、而且节拍无法太小？并不其作者不愿意小，而是因为那是剥夺式内核，要考虑资源互斥等问题，所以体积再所难免。
剥夺式内核在高端非强实时机上，非常好用。但在8位机上，并不是很合适。
所以我就定了两个目标来写这个Z1/OS内核，就是一是节拍可以无限小，来把性能提高到裸机状态；二是基于协作式内核来弃用互斥信号等机制，这样可以减小体积。
我采用的时钟基准是定时器，但不中断！就是以大分频（防溢出）定时器作为计时，在需要调度时读取定时器作为基准，然后清零！这样每个任务执行时不会受任何影响，仅在主动切换时计算一回。以内8MHz的Mega16来说，理论上可以把系统频率提高到1MHz，当然这仅仅是理论。我在后面给大家下载的文件中调的是2000Hz，也就是最小节拍是0.5毫秒，已经足够用了。经计算及仿真试验，提高到0.1毫秒不成问题。
过于精细的时间，因为是协作式、无资源共享问题，可以跟裸机时一样，放入中断。这样看来，我这第一个目标完成的十分完美，可以说在8位机上已经到了极致。
对于第二个目标，一个不需要邮箱、信号量的内核，本身体积就非常小。而我在调度算法上，为了实现无任务数限制、让用户使用方便、任务动态删除建立，所以采用的是任务链的形式，将很多在8位机不可思议的事情实现了。但这面临一个新问题，怎么保证链表搜索效率？这个首先要先解决动态内存分配问题，我原计划自己实现一个轻量级内存动态管理及内存池。但后来发现，GCC中的自带的内存分配效率已经非常高，所以直接采用了编译内置的函数，以后只要实现个小型内存池就可以减少内存碎片的产生了。而后，我单独为每个任务链定义了一种畸形链表结构，说是畸形，是因为它具有记忆能力，但却只是普通的单链，整个搜索代码不超50行。
明白这些思路，再看源码，就会清晰很多。这是一段插曲，言归正传。
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我准备整理的全面一点的例子一起发出，让大家很容易使用，稍等一天。Thanks
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完全编译才如此轻量 (原文件名:全功能尺寸.JPG)
例子程序的仿真 (原文件名:例子程序的仿真.JPG)
带一个例子程序，带内核源码，有中文注释ourdev_590081CG5NX4.zip(文件大小:98K) (原文件名:Z1OS.zip) |
阿莫论坛20周年了！感谢大家的支持与爱护！！
你熬了10碗粥，别人一桶水倒进去，淘走90碗，剩下10碗给你，你看似没亏，其实你那10碗已经没有之前的裹腹了，人家的一桶水换90碗，继续卖。说白了，通货膨胀就是，你的钱是挣来的，他的钱是印来的，掺和在一起，你的钱就贬值了。
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发表于 2010-10-15 13:12:09
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