RTX51實時操作系統進行單片機軟件設計，可以真正做到各任務并行執行，同時，由于程序結構更加科學合理，可以方便地實現修改升級，以滿足功能較多的設計要求。

1 用戶專用鍵盤簡介

用戶專用鍵盤多使用在工業控制場合，它由按鍵和指示燈組成，對外采用RS232接口，當某個按鍵按下時，鍵盤將命令(碼值)發送計算機，同時，鍵盤接收來自計算機的命令(碼值)點亮(熄滅)某個指示燈，以指示系統工作狀態，從而實現快速人機交互。用戶專用鍵盤硬件原理框圖如圖1所示。

圖中，可編程邏輯芯片實現單片機輸出接口擴展，其內部包含多個輸出鎖存器。工作時，單片機輸出的地址信號經可編程芯片內部譯碼器譯碼產生片選信號，使能不同的輸出鎖存器，將數據信號輸出控制各個指示燈的亮/滅。

2 RTX51實時操作系統介紹

RTX51是德國Keil公司開發的一種應用于MCS51系列單片機的實時多任務操作系統，它有兩個版本，RTX51 Full和RTX51 Tiny，本文采用RTX51 Tiny進行軟件設計。RTX51 Tiny是一個很小的內核，完全集成在Keil C51編譯器中，它可以很容易地運行在沒有擴展外部存儲器的單片機系統上，并且僅占用800字節左右的程序存儲空間。

RTX51 Tiny允許最大16個任務循環切換，在實現上，它采用時間片輪轉算法，系統每次調度時，把CPU分配給一個就緒的任務，并令其執行一個時間片，構成微觀上輪流運行、宏觀上并行執行的多任務效果。RTX51 Tiny支持任務間的信號傳遞，還能并行地利用中斷功能。

RTX51 Tiny的用戶任務主要具有以下幾個狀態：

·運行(RUNNING)：任務正處于運行中。同一時刻只有一個任務可以處于“RUNNING”狀態。

·準備好(READY)：等待運行的任務處于“READY”狀態。在當前運行的任務退出運行狀態后，就緒隊列中的任務根據調度策略被調度執行，進入到運行狀態。

·等待(BLOcKED)：等待一個事件的任務處于“BLOCKED”狀態。如果等待的事件發生，則此任務進入“READY”狀態，等待被調度。

RTX51 Tiny內核用以下事件進行任務問的通信和同步：

·超時(TIMEOUT)：由OS-wait函數調用引發的時間延時，持續時間可由定時節拍數確定。帶有TIMEOUT值調用OS-it函數的任務將被掛起，直到延時結束，才返回到“READY”。

·間隔(INTERVAL)：由OS-wait函數調用引發的時間間隔，其間隔時間可由定時節拍數確定。帶有INTERVAL值調用wait函數的任務將被掛起，直到間隔時間結束，然后返回到READY狀態。與TIMEOUT不同的是，任務的節拍計數器不復位，典型應用是產生時鐘。

·信號(SIGNAL)：系統定義的位變量，可以由系統函數置位或清除。可以調用OS-wait函數暫停一個任務并等待從另一任務發出的信號，這可以用于協調兩個或更多的任務。如果某個任務在等待一個信號并且信號標志為0，則在收到這個信號之前，這個任務將一直處于掛起狀態。如果信號標志已經被置1，則當任務查詢信號時，信號標志會被清除，任務將可以被繼續執行。

3 用戶專用鍵盤軟件設計

3.1 任務分配

根據前面對用戶專用鍵盤功能的描述，它主要實現以下兩個功能：

(1)按鍵處理;

(2)串口數據處理。

其中功能(1)又可細分為以下三個任務：

任務1：按鍵狀態掃描;

任務2：按鍵碼值查詢;

任務3：串口發送;

同樣，功能(2)也可細分為以下兩個任務：

任務4：串口接收;

任務5：串口數據處理;

以上兩個功能需要并行運行，而內部的子任務之間為前級驅動后級的關系，在程序實際運行過程中，功能二(2)的任意子任務可能與功能(1)的任務1或任務2或任務3處于同時并行運行狀態，鑒于此，需要在程序設計時創建5個子任務。

采用時間輪詢的方式決定了某個任務在執行完時間片后，在下一次執行前需要等待固定的時間，這個時間與系統的任務數及每個任務的執行時間密切相關，為避免數據丟失，串口接收任務應及時讀取接收緩存器中的數據。由于中斷處理過程與正在運行的任務是相互獨立的，即中斷處理過程在RTX51系統內核之外和任務切換規則沒有關聯，因此可以在串口中斷服務程序中完成串口接收任務。另外，串口發送時要求將整個按鍵碼值數據包一次性發送完畢，如果將串口發送過程在中斷服務程序中完成，在SBUF緩存器發送完一個字節后觸發串口發送中斷標志，再次進入中斷服務程序繼續下一字節數據的發送，則可以方便地實現上述要求。根據以上分析，串口接收、串口發送兩個子任務的功能在中斷服務程序中完成，將系統子任務的個數由5個減少為3個，調整后的任務分配如下：

任務1：按鍵狀態掃描(TASK SCAN);

任務2：按鍵碼值查詢(TASK KEY);

任務3：串口數據處理((TASK LIGHT));

中斷服務程序：串口接收、發送。

任務間信號關系如圖2所示。

如圖，任務1在檢測到按鍵狀態變化后向任務2發送信號，任務2隨后由等待狀態進入“準備好”狀態，在本任務的下一個時間片，任務2開始進行指定位置按鍵的碼值查詢，然后通過串口完成碼值發送。

同時，串口數據通過中斷服務程序接收，串口數據接收后即發送信號給任務3，使后者進入“準備好”狀態，并在下一個時間片到來后進行數據處理。

以上三個任務中，任務l始終處于“運行”或“準備好”狀態，任務2、任務3大多數時間處于“等待”狀態，任務2、任務3分別在接收到按鍵狀態掃描任務、中斷服務程序的信號后被“喚起”。另有任務0，負責創建任務1、2、3，然后刪除自己。任務0簡化程序如下所示：

#define INIT 0/*任務0：初始化及創建*/

#define SCAN 1/*任務1：按鍵狀態掃描*/