Nghiên cứu, thiết kế hệ điều hành trên bộ vi điều khiển 8 bít

bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi ----------------------------------------- luËn v¨n th¹c sü khoa häc Nghiªn cøu, thiÕt kÕ hÖ ®iÒu hµnh trªn bé vi ®iÒu khiÓn 8 bÝt ngµnh: xö lý th«ng tin vµ truyÒn th«ng M∙ sè: vò trung kiªn Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: TS. NguyÔn Linh Giang hµ néi 2006 -2- Lêi cam ®oan T«i xin cam ®oan b¶n luËn v¨n nµy lµ kÕt qu¶ nghiªn cøu cña b¶n th©n d−íi sù h−íng dÉn cña TS. NguyÔn Linh Giang. NÕu cã g× sai ph¹m, t«i xin hoµn toµn chÞu tr¸ch nhiÖm. Ng−êi lµm cam ®oan Vò Trung Kiªn -3- Môc lôc Lêi cam ®oan.....................................................................................................2 Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t ..........................................................5 Danh môc c¸c b¶ng ..........................................................................................6 Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ ..........................................................................7 Lêi nãi ®Çu ........................................................................................................9 Ch−¬ng 1 - Tæng quan vÒ hÖ ®iÒu hµnh ......................11 1.1. Kh¸i niÖm vÒ hÖ ®iÒu hµnh (OS-Operating System)................................. 11 1.1.1. Kh¸i niÖm................................................................................................. 11 1.1.2. Chøc n¨ng cña hÖ ®iÒu hµnh. ................................................................... 11 1.1.3. C¸c thµnh phÇn cña hÖ ®iÒu hµnh............................................................. 13 1.2. Qu¶n lý tiÕn tr×nh......................................................................................... 16 1.2.1. C¸c tr¹ng th¸i cña mét tiÕn tr×nh.............................................................. 16 1.2.2. Kh¸i niÖm vÒ tµi nguyªn “g¨ng” vµ ®o¹n tíi h¹n .................................... 17 1.2.3. HiÖn t−îng bÕ t¾c ..................................................................................... 19 1.3. LËp lÞch cho CPU ......................................................................................... 20 1.3.1. Kh¸i niÖm giê CPU.................................................................................. 20 1.3.2. C¸c tr¹ng th¸i cña tiÕn tr×nh liªn quan ®Õn giê CPU................................ 20 1.3.3. LËp lÞch cho CPU..................................................................................... 22 1.4. Qu¶n lý bé nhí ............................................................................................. 25 1.4.1. Yªu cÇu ph¶i qu¶n lý bé nhí ................................................................... 25 1.4.2. C¸c s¬ ®å qu¶n lý bé nhí......................................................................... 26 Ch−¬ng 2 - Vi ®iÒu khiÓn vµ ng«n ng÷ lËp tr×nh cho vi ®iÒu khiÓn ......................................................................28 2.1. Vi ®iÒu khiÓn........................................................................................28 2.1.1. Vi xö lý vµ vi ®iÒu khiÓn.......................................................................... 28 2.1.2. Tæ chøc bé nhí cña vi ®iÒu khiÓn. ........................................................... 30 2.1.3. C¸c bé ®Þnh thêi. ...................................................................................... 35 2.1.4. Bé xö lý ng¾t. ........................................................................................... 37 2.2. Ng«n ng÷ lËp tr×nh cho vi ®iÒu khiÓn......................................................... 39 -4- 2.2.1. Tæng quan vÒ c¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh cho vi ®iÒu khiÓn. ......................... 39 2.2.2. Nh÷ng vÊn ®Ò víi ng«n ng÷ C viÕt cho c¸c bé vi ®iÒu khiÓn................... 42 Ch−¬ng 3 - thiÕt kÕ hÖ vi ®iÒu khiÓn ............................49 3.1. X¸c ®Þnh yªu cÇu thiÕt kÕ. ........................................................................... 50 3.2. Lùa chän cÊu h×nh cho hÖ thèng................................................................. 51 3.2.1. Lùa chän bé ®iÒu khiÓn trung t©m. .......................................................... 51 3.2.2. Giao diÖn ng−êi sö dông. ......................................................................... 52 3.2.3. C¸c thiÕt bÞ m« pháng qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña tiÕn tr×nh. ...................... 53 3.3. ThiÕt kÕ m¹ch ®iÖn....................................................................................... 58 3.4. §o thö vµ kiÓm tra lçi. ................................................................................. 59 Ch−¬ng 4 - ThiÕt kÕ hÖ ®iÒu hµnh .....................................60 4.1.1. Môc ®Ých vµ yªu cÇu thiÕt kÕ. .................................................................. 60 4.1.2. Môc ®Ých. ................................................................................................. 60 4.1.2. Yªu cÇu .................................................................................................... 63 4.2. Tr×nh tù thiÕt kÕ hÖ ®iÒu hµnh. ................................................................... 64 4.3. X©y dùng c¸c tiÕn tr×nh. .............................................................................. 65 4.3.1. X©y dùng c¸c t¸c vô t−¬ng øng c¸c tiÕn tr×nh.......................................... 65 4.3.2. Gi¶i quyÕt bµi to¸n tµi nguyªn g¨ng ........................................................ 69 4.4. LËp lÞch cho CPU. ........................................................................................ 71 4.4.1. Sù kiÖn vµ chuyÓn tr¹ng th¸i gi÷a c¸c tiÕn tr×nh. ..................................... 71 4.4.2. LËp lÞch cho CPU..................................................................................... 80 4.5. Qu¶n lý bé nhí. ............................................................................................ 83 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ .....................................................................................86 Tµi liÖu tham kh¶o .........................................................................................87 -5- Danh môc c¸c ký hiÖu, c¸c ch÷ viÕt t¾t STT Ch÷ viÕt t¾t Ch÷ ®Çy ®ñ 1 FCFS First Come First Served 2 FIFO First In First Out 3 LIFO Last In First Out 4 MCS Micro Controller System 5 OS Operating System 6 RTOS Real Time Operating System 7 RR Round Robbin 8 SJF Shortest Job First 9 SRT Shortest Remain Time 10 uC Micro Controller -6- Danh môc c¸c b¶ng B¶ng 1.1. Tr¹ng th¸i cña c¸c tiÕn tr×nh............................................................... 19 B¶ng 1.2. Thêi gian thùc hiÖn cña c¸c tiÕn tr×nh................................................ 25 B¶ng 1.3. Thêi gian chê cña c¸c tiÕn tr×nh......................................................... 25 B¶ng 2.1. Bé nhí d÷ liÖu trªn chÝp cña AT89S52 .............................................. 33 -7- Danh môc c¸c h×nh vÏ, ®å thÞ H×nh 1.1. C¸c tr¹ng th¸i cña mét tiÕn tr×nh........................................................ 17 H×nh 1.2. C¸c tr¹ng th¸i cña tiÕn tr×nh liªn quan ®Õn giê CPU.......................... 20 H×nh 1.3. S¬ ®å thùc hiÖn tiÕn tr×nh ................................................................... 21 H×nh 1.4. S¬ ®å tæ chøc hµng ®îi c¸c tiÕn tr×nh ................................................. 22 H×nh 1.5. S¬ ®å Grant......................................................................................... 25 H×nh 2.1. S¬ ®å khèi cña bé vi ®iÒu khiÓn AT89S52 ......................................... 29 H×nh 2.2. Tæ chøc bé nhí cña vi ®iÒu khiÓn ...................................................... 30 H×nh 2.3. S¬ ®å ghÐp nèi AT89S52 víi EPROM............................................... 31 H×nh 2.4. S¬ ®å ghÐp nèi AT89S52 víi RAM .................................................. 34 H×nh 2.5. Gi¶i m· ®Þa chØ cho c¸c vi m¹ch nhí ................................................. 34 H×nh 2.6. Bé nhí d÷ liÖu ®äc nh− bé nhí ch−¬ng tr×nh ..................................... 35 H×nh 2.7. Ho¹t ®éng cña Timer0 vµ Timer1 ë chÕ ®é 1..................................... 36 H×nh 2.8. C¸c nguån ng¾t cña AT89S52............................................................ 38 H×nh 3.1. Tr×nh tù thiÕt kÕ phÇn cøng cho hÖ thèng.......................................... 49 H×nh 3.2. S¬ ®å khèi cña hÖ vi ®iÒu khiÓn ......................................................... 51 H×nh 3.3. GhÐp nèi vi ®iÒu khiÓn víi RAM ngoµi. ............................................ 52 H×nh 3.4. Giao diÖn ng−êi sö dông trªn hÖ vi ®iÒu khiÓn................................... 53 H×nh 3.5. HiÓn thÞ trªn LED 7 ®o¹n b»ng kü thuËt quÐt .................................... 54 H×nh 3.6. GhÐp nèi ma trËn LED trªn hÖ vi ®iÒu khiÓn ..................................... 57 H×nh 3.7. Nguyªn t¾c xÕp ch÷ trªn ma trËn LED............................................... 58 H×nh 4.1. C¸c t¸c vô ®−îc thùc hiÖn ®ång thêi (song song) .............................. 62 H×nh 4.2. C¸c t¸c vô ®−îc thùc hiÖn lu©n phiªn liªn tôc.................................... 62 H×nh 4.3. Gi¶n ®å xung trªn P1.......................................................................... 69 H×nh 4.4. Chèt l¹i gi¸ trÞ cña P1......................................................................... 70 -8- H×nh 4.5. C¸c tiÕn tr×nh ®−îc ph©n bæ thêi gian CPU b»ng nhau ...................... 71 H×nh 4.6. ChuyÓn gi÷a c¸c tiÕn tr×nh b»ng sù kiÖn time out .............................. 73 H×nh 4.7. C¸c tiÕn tr×nh ®−îc ph©n bæ thêi gian CPU kh¸c nhau ...................... 74 H×nh 4.8. Ng−êi sö dông ra lÖnh vµo c¸c thêi ®iÓm kh¸c nhau ......................... 75 H×nh 4.9. ChuyÓn gi÷a c¸ tiÕn tr×nh b»ng sù kiÖn interrupt ............................... 76 H×nh 4.9. M« t¶ tr¹ng th¸i cña c¸c tµi nguyªn cña tiÕn tr×nh. ............................ 77 H×nh 4.10. C¸c tµi nguyªn cÇn l−u khi dõng mét tiÕn tr×nh. .............................. 78 H×nh 4.11. Ph©n bæ ng¨n xÕp cho c¸c tiÕn tr×nh ................................................ 79 H×nh 4.12. LËp lÞch cho 8 tiÕn tr×nh thùc hiÖn quÐt ch÷ trªn ma trËn LED ....... 81 H×nh 4.13. LËp lÞch cho 4 tiÕn tr×nh quÐt c¸c sè trªn 4 LED 7 ®o¹n ................. 81 H×nh 4.14. LËp lÞch cho tiÕn tr×nh ®iÒu khiÓn LCD........................................... 82 H×nh 4.15. LËp lÞch cho tiÕn tr×nh thêi gian thùc .............................................. 82 H×nh 4.16. Tæ chøc bé nhí ROM cña hÖ vi ®iÒu khiÓn ..................................... 83 H×nh 4.17. Thay ®æi vÞ trÝ ®Æt c¸c ch−¬ng tr×nh con phôc vô ng¾t..................... 84 H×nh 4.18. Ph©n bæ bé nhí ROM....................................................................... 85 H×nh 4.19. Ph©n bæ bé nhí RAM....................................................................... 85 -9- Lêi nãi ®Çu Cïng víi sù ph¸t triÓn cña khoa häc kü thuËt, côm tõ “tù ®éng ho¸” ®· trë nªn hÕt søc phæ th«ng. Tõ c¸c m¸y mãc tù ®éng trong c¸c nhµ m¸y xÝ nghiÖp thay thÕ cho søc lao ®éng cña c«ng nh©n, tõ c¸c ®å gia dông tù ®éng trong gia ®×nh gióp Ých cho ng−êi néi trî...nãi chung c¸c thiÕt bÞ cã kh¶ n¨ng tù ®éng ho¸ xuÊt hiÖn ë kh¾p mäi n¬i. Mét c©u hái ®Æt ra víi kh¸ nhiÒu ng−êi lµ nhê ®©u mµ c¸c thiÕt bÞ cã kh¶ n¨ng tù ®éng ®−îc? §Ó tr¶ lêi c©u hái nµy chóng ta cÇn ph¶i ®i tõ khi cã côm tõ “tù ®éng ho¸” ra ®êi. Tr−íc kia, khi ch−a cã c«ng nghÖ b¸n dÉn, c¸c phÇn tö cã tiÕp ®iÓm nÕu ®−îc ®Çu nèi víi nhau theo mét m¹ch logic nµo ®ã th× vÉn cã thÓ t¹o ra mét hÖ thèng tù ®éng, tuy nhiªn kh¶ n¨ng ®¸p øng vµ tÝnh tù ®éng c¶ hÖ thèng nµy kh«ng cao. C«ng nghÖ b¸n dÉn ra ®êi, nã gi¶i quyÕt ®−îc h¹n chÕ vÒ ®¸p øng (tèc ®é) cña c¸c phÇn tö cã tiÕp ®iÓm tuy nhiªn còng ph¶i chê ®Õn khi cã sù xuÊt hiÖn cña c¸c bé vi xö lý, c¸c hÖ thèng cã tÝnh tù ®éng ho¸ cao míi ra ®êi. §Æc tr−ng cña c¸c hÖ thèng nµy ®−îc m« t¶ b»ng mét c«ng thøc ®¬n gi¶n: PhÇn cøng + PhÇn mÒm = øng dông. Theo c«ng thøc nµy th× khi tuú biÕn mét trong 2 thµnh phÇn lµ phÇn cøng hoÆc phÇn mÒm th× sÏ cho ra øng dông kh¸c. Th«ng th−êng phÇn mÒm lµ thµnh phÇn ®−îc tuú biÕn. Mét hÖ thèng víi c¸c bé vi xö lý cã thÓ gi¶ c¸c suy nghÜ vµ hµnh ®éng cña con ng−êi v× lý do ®¬n gi¶n lµ chóng ho¹t ®éng theo mét ch−¬ng tr×nh cña ng−êi thiÕt kÕ ®−a vµo mµ ch−¬ng tr×nh chÝnh lµ c¸c thuËt to¸n lµ ý nghÜ cña ng−êi lËp tr×nh. Nh− vËy ®Ó mét hÖ thèng cã tÝnh th«ng minh, tù ®éng ho¸ cao th× phÇn mÒm viÕt cho nã lµ vÊn ®Ò hÕt søc quan träng. Mét hÖ thèng víi cïng mét phÇn cøng nh−ng nÕu nã ®−îc viÕt hÖ ®iÒu hµnh th× kh¶ n¨ng cña nã sÏ trë nªn m¹nh h¬n rÊt nhiÒu so víi mét hÖ thèng chØ cã mét ch−¬ng tr×nh tuÇn tù. Víi môc ®Ých kh«ng ngõng ®¸p øng c¸c nhu cÇu cña -10- x· héi, hiÖn nay c¸c m«n häc vÒ hÖ nhóng ®· vµ ®ang ®−îc ®−a vµo gi¶ng d¹y t¹i c¸c tr−êng Cao ®¼ng vµ §¹i häc. Tuy nhiªn ®Ó cã mét hiÖu qña gi¶ng d¹y tèt nhÊt th× cÇn cã mét ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ ®óng chÝnh t¾c vµ còng cÇn ph¶i cã mét thiÕt bÞ phôc vô qua tr×nh thÝ nghiÖm. Tr−êng §¹i häc C«ng nghiÖp Hµ néi lµ mét tr−êng ®µo t¹o c¸c cö nh©n vµ c¸c kü s− thùc hµnh. Trong ch−¬ng tr×nh ®µo t¹o còng ®· cã m«n kü thuËt vi ®iÒu khiÓn, ®©y cã thÓ coi lµ nÒn t¶ng ®Ó tiÕp cËn víi c¸c hÖ thèng nhóng sö dông vi ®iÒu khiÓn cã hÖ ®iÒu hµnh. ViÖc nghiªn cøu ®Ó ®−a vµo gi¶ng d¹y m«n thiÕt kÕ hÖ ®iÒu hµnh cho c¸c hÖ vi ®iÒu khiÓn lµ phï hîp víi yªu cÇu hiÖn t¹i. Víi sù h−íng dÉn cña TS NguyÔn Linh Giang, trong khu«n khæ luËn v¨n nµy, t«i m¹nh d¹n nghiªn cøu vÒ c¸c nguyªn t¾c c¬ b¶n khi thiÕt kÕ mét hÖ ®iÒu hµnh trªn hÖ vi ®iÒu khiÓn. Néi dung cña luËn v¨n bao gåm 4 ch−¬ng, trong ®ã: Ch−¬ng 1: Giíi thiÖu tæng quan hÖ ®iÒu hµnh. Ch−¬ng 2: Giíi thiÖu bé vi ®iÒu khiÓn ®−îc sö dông ®Ó viÕt hÖ ®iÒu hµnh vµ ng«n ng÷ lËp tr×nh cho vi ®iÒu khiÓn. Ch−¬ng 3. ThiÕt kÕ phÇn cøng hÖ vi ®iÒu khiÓn. Ch−¬ng 4. ThiÕt kÕ hÖ ®iÒu hµnh cho hÖ vi ®iÒu khiÓn Do thêi gian vµ kh¶ n¨ng cã h¹n nªn luËn v¨n nµy sÏ cßn nhiÒu thiÕu sãt. RÊt mong ®−îc sù gãp ý vµ th«ng c¶m cña c¸c thÇy gi¸o, c« gi¸o. Hµ néi, ngµy 30 th¸ng 10 n¨m 2006 Häc viªn Vò Trung Kiªn -11- Ch−¬ng 1 - Tæng quan vÒ hÖ ®iÒu hµnh 1.1. Kh¸i niÖm vÒ hÖ ®iÒu hµnh (OS-Operating System) 1.1.1. Kh¸i niÖm Khã cã mét kh¸i niÖm hay ®Þnh nghÜa chÝnh x¸c vÒ hÖ ®iÒu hµnh, v× hÖ ®iÒu hµnh lµ mét bé phËn ®−îc nhiÒu ®èi t−îng khai th¸c nhÊt, hä cã thÓ lµ ng−êi sö dông th«ng th−êng, cã thÓ lµ lËp tr×nh viªn, cã thÓ lµ ng−êi qu¶n lý hÖ thèng vµ tuú theo møc ®é khai thøc hÖ ®iÒu hµnh mµ hä cã thÓ ®−a ra nh÷ng kh¸i niÖm kh¸c nhau. Kh¸i niÖm 1: HÖ ®iÒu hµnh lµ hÖ thèng ch−¬ng tr×nh víi c¸c chøc n¨ng gi¸m s¸t ®iÒu khiÓn viÖc thùc hiÖn c¸c ch−¬ng tr×nh cña ng−êi sö dông qu¶n lý vµ ph©n chia tµi nguyªn cho nhiÒu ch−¬ng tr×nh ng−êi sö dông ®ång thêi sao cho viÖc khai th¸c chøc n¨ng cña hÖ thèng m¸y tÝnh cña ng−êi sö dông lµ thuËn lîi vµ hiÖu qu¶ nhÊt. Kh¸i niÖm 2: HÖ ®iÒu hµnh lµ mét ch−¬ng tr×nh ®ãng vai trß nh− giao diÖn gi÷a ng−êi sö dông vµ phÇn cøng m¸y tÝnh nã qu¶n lý vµ ®iÒu khiÓn phÇn cøng còng nh− sù thùc hiÖn cña tÊt c¶ c¸c ch−¬ng tr×nh. Kh¸i niÖm thø hai rÊt gÇn víi c¸c hÖ ®iÒu hµnh ®ang sö dông trªn c¸c m¸y tÝnh hiÖn nay trong khi kh¸i niÖm thø nhÊt l¹i gÇn víi c¸c hÖ thèng ®o l−êng ®iÒu khiÓn trong c«ng nghiÖp sö dông c¸c bé ®iÒu khiÓn kh¶ tr×nh (VÝ dô nh− vi ®iÒu khiÓn). 1.1.2. Chøc n¨ng cña hÖ ®iÒu hµnh. Cã thÓ nãi hÖ ®iÒu hµnh lµ 1 hÖ thèng c¸c ch−¬ng tr×nh ®ãng vai trß trung gian gi÷a ng−êi sö dông vµ phÇn cøng. NhiÖm vô chÝnh cña nã lµ cung cÊp mét m«i tr−êng thuËn lîi ®Ó ng−êi sö dông dÔ dµng thùc hiÖn c¸c ch−¬ng tr×nh øng dông cña hä trªn m¸y tÝnh vµ khai th¸c triÖt ®Ó c¸c chøc n¨ng cña phÇn cøng. -12- §Ó ®¹t ®−îc môc tiªu trªn hÖ ®iÒu hµnh ph¶i thùc hiÖn 2 chøc n¨ng chÝnh sau ®©y: - T¹o ra mét hÖ th«ng më réng bao gåm c¸c thµnh phÇn vËt lý vµ c¸c thµnh phÇn logic: Nh− chóng ta biÕt, mét hÖ thèng kh¶ tr×nh (vÝ dô nh− m¸y tÝnh) gåm c¸c bé phËn chÝnh nh−: Processor, Memory, I/O Device, Bus, vv, do ®ã ®Ó ®èi tho¹i hoÆc khai th¸c m¸y tÝnh ng−êi sö dông ph¶i hiÓu ®−îc c¬ chÕ ho¹t ®éng cña c¸c bé phËn nµy vµ ph¶i t¸c ®éng trùc tiÕp vµo nã tÊt nhiªn lµ b»ng nh÷ng con sè 0,1 (ng«n ng÷ m¸y). §iÒu nµy lµ qu¸ khã ®èi víi ng−êi sö dông hÖ ®iÒu hµnh ph¶i che ®Ëy c¸c chi tiÕt phÇn cøng m¸y tÝnh bëi mét m¸y tÝnh më réng, m¸y tÝnh më réng nµy cã ®Çy ®ñ c¸c chøc n¨ng cña mét m¸y tÝnh thùc nh−ng ®¬n gi¶n vµ dÔ sö dông h¬n. Theo ®ã khi cÇn t¸c ®éng vµo m¸y tÝnh thùc ng−êi sö dông chØ cÇn t¸c ®éng vµo m¸y tÝnh më réng mäi sù chuyÓn ®æi th«ng tin ®iÒu khiÓn tõ m¸y tÝnh. Môc ®Ých cña chøc n¨ng nµy kµ: Gióp ng−êi sö dông khai thøc c¸c chøc n¨ng cña phÇn cøng m¸y tÝnh dÔ dµng vµ hiÖu qu¶ h¬n. - Qu¶n lý tµi nguyªn cña hÖ thèng: Tµi nguyªn hÖ thèng cã thÓ lµ: prrocessor, Memory, I/O Device..., ®©y lµ nh÷ng tµi nguyªn mµ hÖ ®iÒu hµnh dïng ®Ó cÊp ph¸t cho c¸c tiÕn tr×nh, ch−¬ng tr×nh trong qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn sù ho¹t ®éng cña hÖ thèng. Khi ng−êi sö dông cÇn thùc hiÖn mét ch−¬ng tr×nh hay mét ch−¬ng tr×nh cÇn n¹p thªm mét tiÕn tr×nh míi vµo bé nhí th× hÖ ®iÒu hµnh ph¶i cÊp ph¸t kh«ng gian nhí cho ch−¬ng tr×nh, tiÕn tr×nh ®ã ®Ó ch−¬ng tr×nh, tݪn tr×nh ®ã n¹p ®−îc vµo bé nhí vµ ho¹t ®éng ®−îc. Trong m«i tr−êng hÖ ®iÒu hµnh ®a nhiÖm cã thÓ cã nhiÒu ch−¬ng tr×nh, tiÕn tr×nh ®ång thêi cÇn ®−îc n¹p vµo bé nhí nh−ng kh«ng gian l−u tr÷ cñ© bé nhí cã giíi h¹n do ®ã hÖ ®iÒu hµnh ph¶i tæ chøc cÊp ph¸t bé nhí sao cho hîp lý ®Ó ®¶m b¶o tÊt c¶ c¸c ch−¬ng tr×nh tiÕn tr×nh khi cÇn ®Ó ®−îc n¹p vµo bé nhí ®Ó ho¹t ®éng. Ngoµi ra hÖ ®iÒu hµnh cßn ph¶i tæ chøc b¶o vÖ c¸c kh«ng gian nhí ®· cÊp cho c¸c ch−¬ng tr×nh tiÕn tr×nh ®Ó tr¸nh sù truy cËp bÊt hîp lÖ vµ sù tranh -13- chÊp bé nhí gi÷a c¸c ch−¬ng tr×nh, tiÕn tr×nh, ®Æc biÖt lµ c¸c tiÕn tr×nh ®ång thêi ho¹t ®éng trªn hÖ thèng. §©y lµ mét trong nh÷ng nhiÖm vô quan träng cña hÖ ®iÒu hµnh. Trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng cña hÖ thèng ®Æc bÖt lµ c¸c hÖ thèng ®a ng−êi dïng ®a ch−¬ng tr×nh, ®a tiÕn tr×nh. Cßn xuÊt hiÖn mét hiÖn t−îng kh¸c, ®ã lµ nhiÒu ch−¬ng tr×nh, tiÕn tr×nh ®ång thêi sö dông mét kh«ng gian nhí hau mét tËp tin (d÷ liÖu, ch−¬ng tr×nh) nµo ®ã. Trong tr−êng hîp nµy hÖ ®iÒu hµnh ph¶i tæ chøc viÖc chia sÎ vµ gi¸m s¸t viÖc truy xuÊt ®ång thêi trªn c¸c tµi nguyªn nãi trªn sao cho viÖc sö dông tµi nguyªn cã hiÖu qu¶ nh−ng tr¸nh ®−îc sù mÊt m¸t d÷ liÖu vµ lµm háng c¸c tËp tin. Hai dÉn chøng ®iÓn h×nh gióp chóng ra thÊy vai trß cña hÖ ®iÒu hµnh trong viÖc qu¶n lý tµi nguyªn hÖ thèng sau nµy chóng ra sÏ thÊy viÖc cÊp ph¸t, chia sÎ, b¶o vÖ tµi nguyªn cña hÖ ®iÒu hµnh lµ mét trong nh÷ng c«ng viÖc khã kh¨n vµ phøc t¹p nhÊt. HÖ ®iÒu hµnh ®· chi phÝ nhiÒu cho c«ng viÖc nãi trªn ®Ó ®¸t ®−îc môc tiªu: Trong mäi tr−êng hîp tÊt c¶ c¸c ch−¬ng tr×nh, tiÕn tr×nh nÕu cÇn ®−îc cÊp ph¸t tµi nguyªn ®Ó ho¹t ®éng th× sím muén nã ®Òu ®−îc cÊp ph¸t vµ ®−îc ®−a vµo tr¹ng th¸i ho¹t ®éng. 1.1.3. C¸c thµnh phÇn cña hÖ ®iÒu hµnh 1.1.3.1. Thµnh phÇn qu¶n lý tiÕn tr×nh. HÖ ®iÒu hµnh ph¶i cã nhiÖm vô t¹o lËp tiÕn tr×nh vµ ®−a nã vµo danh s¸ch qu¶n lý tݪn tr×nh cña hÖ thèng. Khi tiÕn tr×nh kÕt thóc hÖ ®iÒu hµnh ph¶i lo¹i bá tiÕn tr×nh ra lhái danh s¸c qu¶n lý tiÕn tr×nh cña hÖ thèng. HÖ ®iÒu hµnh ph¶i cung cÊp ®Çy ®ñ tµi nguyªn ®Ó tiÕn tr×nh ®i vµo ho¹t ®éng vµ ph¶i ®¶m b¶o ®ñ tµi nguyªn ®Ó duy tr× sù ho¹t ®éng cña tiÕn tr×nh cho ®Õn khi tiÕn tr×nh kÕt thóc. Khi tiÕn tr×nh kÕt thóc hÖ ®iÒu hµnh ph¶i thu håi nh÷ng tµi nguyªn mµ hÖ ®iÒu hµnh ®· cÊp cho tiÕn tr×nh. -14- Trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng nÕu v× mét lý do nµo ®ã tiÕn tr×nh kh«ng thÓ tiÕp rôc ho¹t ®éng ®−îc th× hÖ ®iÒu hµnh ph¶i t¹m dõng tiÕn tr×nh thu håi tµi nguyªn mµ tiÕn tr×nh ®ang chiÕm gi÷, sau ®ã nÕu diÒu kiÖn thuËn lîi th× hÖ ®iÒu hµnh ph¶i t¸i kÝch ho¹t tiÕn tr×nh ®Ó tiÕn tr×nh tiÕp tôc ho¹t ®éng cho ®Õn khi kÕt thóc. Trong c¸c hÖ thèng cã nhiÒu tiÕn tr×nh ho¹t ®éng song song hÖ ®iÒu hµnh ph¶i gi¶i quyÕt vÊn ®Ò tranh chÊp tµi nguyªn gi÷a c¸c tiÕn tr×nh, ®Òu phèi processor cho c¸c tiÕn tr×nh, gióp c¸c tiÕn tr×nh trao ®æi th«ng tin vµ ho¹t ®éng ®ång bé víi nhau, ®¶m b¶o nguyªn t¾c tÊt c¶ c¸c tiÕn tr×nh ®· ®−îc khëi t¹o ph¶i ®−îc thùc hiÖn vµ kÕt thóc ®−îc. Tãm l¹i, bé phËn qu¶n lý tiÕn tr×nh cña hÖ ®iÒu hµnh ph¶i thùc hiÖn nhøng nhiÖm vô sau ®©y: T¹o lËp, huû bá tiÕn tr×nh. T¹m dõng, t¸i kÝch ho¹t ®éng tiÕn tr×nh. T¹o c¬ chÕ th«ng tin liªn l¹c gi÷a c¸c tiÕn tr×nh. T¹o c¬ chÕ ®ång bé ho¸ gi÷a c¸c tiÕn tr×nh. 1.1.3.2. Thµnh phÇn qu¶n lý bé nhí. Bé nhí chÝnh lµ mét trong nh÷ng tµi nguyªn quan träng cña hÖ thèng, ®©y lµ thiÕt bÞ l−u tr÷ duy nhÊt mµ CPU cã thÓ truy xuÊt trùc tiÕp ®−îc. C¸c ch−¬ng tr×nh cña ng−êi sö dông muèn thùc hiÖn ®−îc bëi CPU th× trwocs hÕt nã ph¶i ®−îc hÖ ®iÒu hµnh n¹p vµo bé nhí chÝnh, chuyÓn ®æi c¸c ®Þa chØ sö dông trong ch−¬ng tr×nh thµnh nh÷ng ®Þa chØ mµ CPU cã thÓ truy xuÊt ®−îc. Khi ch−¬ng tr×nh, tiÕn tr×nh cã yªu cÇu ®−îc n¹p vµo bé nhí th× hÖ ®iÒu hµnh ph¶i cÊp ph¸t kh«ng gian nhí cho nã. Khi ch−¬ng tr×nh, tiÕn tr×nh kÕt thóc th× hÖ ®iÒu hµnh ph¶i thi håi l¹i kh«ng gian nhí ®· cÊp ph¸t cho ch−¬ng tr×nh, tiÕn tr×nh tr−íc ®ã. -15- Trong c¸c hÖ thèng ®a ch−¬ng hay ®a tiÕn tr×nh, trong bé nhí tån t¹i nhiÒu ch−¬ng tr×nh/ nhiÒu tiÕn tr×nh, hÖ ®iÒu hµnh ph¶i thùc hiÖn nhiÖm vô b¶o vÖ c¸c vïng nhí ®· cÊp ph¸t cho c¸c ch−¬ng tr×nh/tiÕn tr×nh, tr¸nh sù vi ph¹m trªn c¸c vïng nhí cña nhau. Tãm l¹i, bé phËn qu¶n lý bé nhí chÝnh cña hÖ ®iÒu hµnh thùc hiÖn nh÷ng nhiÖm vô sau: CÊp ph¸t, thu håi vïng nhí. Chi nhËn tr¹ng th¸i bé nhí. B¶o vÖ bé nhí. QuyÕt ®Þnh tiÕn tr×nh nµo ®−îc n¹p vµo bé nhí. 1.1.3.3. Thµnh phÇn qu¶n lý vµo ra. Mét trong nh÷ng môc tiªu cña hÖ ®iÒu hµnh lµ gióp ng−êi sö dông khai thøc hÖ thèng m¸y tÝnh dÔ dµng vµ hiÖu qu¶, do ®ã c¸c thao t¸c trao ®æi th«ng tin trªn thiÕt bÞ xuÊt / nhËp ph¶i trong suèt ®èi víi ng−êi sö dông. §Ó thùc hiÖn ®−îc ®iÒu nµy hÖ ®iÒu hµnh ph¶i tån t¹i mét bé phËn ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ, bé phËn nµy phèi hîp cïng CPU ®Ó qu¶n lý sù ho¹t ®éng vµ trao ®æi th«ng tin gi÷a hÖ thãng, ch−¬ng tr×nh ng−êi sö dông vµ ng−êi sö dông víi c¸c thiÕt bÞ xu©ts/nhËp. Bé phËn ®iÒu khiÓn thiÕt bÞ thùc hiÖn nh÷ng nhiÖm vô sau: Gëi m· lÖnh ®iÒu khiÓn ®Õn thiÕt bÞ: HÖ ®iÒu hµnh ®iÒu khiÓn c¸c thiÕt bÞ b»ng c¸c m· ®iÒu khiÓn, do ®ã tr−íc khi b¾t ®Çu mét qu¸ tr×nh trao ®æi d÷ liÖu víi thiÕt bÞ th× hÖ ®iÒu hµnh ph¶i gëi m· ®iÓu khiÓn ®Õn thiÕt bÞ. TiÕp nhËn yªu cÇn ng¾t (Interrupt) tõ c¸c thiÕt bÞ khi cÇn trao ®æi víi hÖ thèng khi nã ph¸t ra mét tÝn hiÖu yªu cÇu ng¾t, hÖ ®iÒu hµnh tiÕp nhËn yªu cÇu ng¾t tõ c¸c thiÕt bÞ, xem xÕt vµ thùc hiÖn mét thñ tôc ®Ó ®¸p øng yªu cÇu c¸c thiÕt bÞ. -16- Ph¸t hiÖn vµ xö lý lçi: qu¸ tr×nh trao ®æi d÷ liÖu th−êng x¶y ra c¸c lçi nh−: thiÕt bÞ vµo/ra ch−a s½n sµng, ®−êng truyÒn háng, vv, do ®ã hÖ ®iÒu hµnh ph¶i t¹o ra c¸c c¬ chÕ thÝch hîp ®Ó ph¸t hiÖn lçi sím nhÊt vµ kh»c phôc c¸c lçi võa x¶y ra nÕu cã thÓ. 1.2. Qu¶n lý tiÕn tr×nh TiÕn tr×nh lµ mét ch−¬ng tr×nh ®ang xö lý, nã së h÷u mét con trá lÖnh, lËp c¸c thanh ghi vµ c¸c biÕn. §Ó hoµn thµnh nhiÖm vô cña m×nh, c¸c tiÕn tr×nh cã thÓ cßn yªu cÇu mét sè tµi nguyªn hÖ thèng nh−: CPU, bé nhí vµ c¸c thiÕt bÞ. 1.2.1. C¸c tr¹ng th¸i cña mét tiÕn tr×nh Tr¹ng th¸i cña tiÕn tr×nh t¹i mçi thêi ®iÓm ®−îc x¸c ®Þnh bëi ho¹t ®éng hiÖn thêi cña tiÕn tr×nh t¹i thêi ®iÓm ®ã. Trong suèt kho¶ng thêi gian tån t¹i trong hÖ thèng, mét tiÕn tr×nh cã thÓ thay ®æi tr¹ng th¸i do rÊt nhiÒu nguyªn nh©n nh−: Chê ®îi sù kiÖn nµo ®ã x¶y ra, ®îi mét thao t¸c vµo/ra hoµn tÊt, hÕt thêi gian xö lý... T¹i mçi thêi ®iÓm, tiÕn tr×nh cã thÓ nhËn mét trong c¸c tr¹ng th¸i sau: - Khëi t¹o (new): TiÕn tr×nh ®ang ®−îc t¹o lËp. - S½n sµng (ready): TiÕn tr×nh chê ®−îc cÊp ph¸t CPU ®Ó xö lý. - Thùc hiÖn (runing): TiÕn tr×nh ®−îc xö lý. - §îi (waiting): TiÕn tr×nh ph¶i dõng v× thiÕu tµi nguyªn hoÆc chê mét sù kiÖn nµo ®ã. - KÕt thóc (halt): TiÕn tr×nh ®· hoµn tÊt c«ng viÖc xö lý. C¸c tr¹ng th¸i cña tiÕn tr×nh cã thÓ ®−îc biÓu diÔn qua s¬ ®å (h×nh 1.1) -17- H×nh 1.1. C¸c tr¹ng th¸i cña mét tiÕn tr×nh HÖ ®iÒu hµnh qu¶n lý ho¹t ®éng cña c¸c tiÕn tr×nh trong hÖ thèng th«ng qua khèi m« t¶ tiÕn tr×nh (process control block - PCB). Khèi m« t¶ tiÕn tr×nh bao gåm c¸c thµnh phÇn: - Sè thø tù cña tiÕn tr×nh - Con trá tr¹ng th¸i cña tiÕn tr×nh (cho biÕt tr¹ng th¸i hiÖn t¹i cña tiÕn tr×nh). - Vïng nhí l−u tr÷ gi¸ trÞ c¸c thanh ghi mµ tiÕn tr×nh ®ang sö dông. - Th«ng tin vÒ tµi nguyªn tiÕn tr×nh ®ang sö dông hoÆc ®−îc phÐp sö dông. 1.2.2. Kh¸i niÖm vÒ tµi nguyªn “g¨ng” vµ ®o¹n tíi h¹n Chóng ta cïng xem thuËt to¸n sau: Type ltem = ...; Var Buffer: array [0..n-1] of ltem; In. Out: 0..n-1 Counter: 0..n Begin (TiÕn tr×nh P) Repeat ... New Ready Runing Halt Waiting -18- S¶n xuÊt th«ng tin vµ chøa trong NextP; ... While Counter = n do Skip; Buffer [In]:=NextP; In:= In + 1 mod n; Until false; (TiÕn tr×nh C) Repeat While Counter = 0 do Skip; NextC:= Buffer [Out]; Out:= Out + 1 mod n; ... LÊy th«ng tin trong chøa trong NextC ... Until false; End; NhËn xÐt: V× hai tiÕn tr×nh P vµ C song hµnh nªn cã thÓ x¶y ra tr−êng hîp trong cïng 1 thêi ®iÓm, tiÕn tr×nh P t¨ng biÕn Counter lªn 1 (Counter:= Counter + 1) cßn tiÕn tr×nh C l¹i gi¶m biÕn Counter ®i 1 (Counter:= Counter – 1) dÉn tíi kÕt qu¶ sai. Nh− vËy biÕn Counter trong tr−êng hîp nµy ®−îc gäi lµ tµi nguyªn “g¨ng”. §o¹n tr×nh sö dông biÕn Counter gäi lµ ®o¹n tíi h¹n. §Þnh nghÜa: - C¸c tµi nguyªn logic vµ vËt lý ph©n bæ cho c¸c tiÕn tr×nh song hµnh lµ tµi nguyªn “g¨ng”. C¸c ®o¹n tr×nh sö dông tµi nguyªn g¨ng gäi lµ ®o¹n tíi h¹n (Critical Section). -19- 1.2.3. HiÖn t−îng bÕ t¾c 1.2.3.1. Kh¸i niÖm vÒ bÕ t¾c Gi¶ sö cã hai tiÕn tr×nh P1 vµ P song hµnh sö dông c¸c tµi nguyªn r1 vµ r, ®−îc ®iÒu khiÓn bëi hai ®Ìn hiÖu S1 vµ S. T¹i mçi thêi ®iÓm, mçi tµi nguyªn chØ phôc vô cho sù ho¹t ®éng cña mét tiÕn tr×nh. XÐt tr¹ng th¸i: B¶ng 1.1. Tr¹ng th¸i cña c¸c tiÕn tr×nh P1 Thêi ®iÓm P2 Wait (S1) t1 Wait (S2) ... t2 ... Wait (S2) t3 ... t4 Wait (S1) NhËn xÐt: T¹i vÞ trÝ trªn, sau thêi ®iÓm t3, tiÕn tr×nh P1 r¬i vµo tr¹ng th¸i chê tµi nguyªn r2 ®ang ®−îc P2 sö dông; Sau thêi ®iÓm t4, tiÕn tr×nh P2 r¬i vµo tr¹ng th¸i chê tµi nguyªn r1 ®ang ®−îc tiÕn tr×nh P1 sö dông vµ b¾t ®Çu tõ ®©y, c¶ hai tiÕn tr×nh r¬i vµo tr¹ng th¸i chê ®îi v« h¹n vÒ hÖ thèng gÆp bÕ t¾c. Nh− vËy bÕ t¾c lµ tr¹ng th¸i khi hai hoÆc nhiÒu tiÕn tr×nh cïng chê ®îi mét sè sù kiÖn nµo ®ã vµ nÕu kh«ng cã t¸c ®éng ®Æc biÖt tõ bªn ngoµi th× sù chê ®îi ®ã lµ v« h¹n. 1.2.3.2. §iÒu kiÖn x¶y ra bÕ t¾c trong hÖ thèng. HiÖn t−îng bÕ t¾c x¶y ra khi vµ chØ khi trong hÖ thèng tån t¹i 4 ®iÒu kiÖn: - Cã tµi nguyªn g¨ng - Cã hiÖn t−îng gi÷ vµ ®îi, cã mét tiÕn tr×nh ®ang gi÷ mét sè tµi nguyªn vµ ®îi tµi nguyªn bæ sung ®ang ®−îc gi÷ bëi c¸c tiÕn tr×nh kh¸c. - Kh«ng cã hÖ thèng ph©n phèi l¹i tµi nguyªn: ViÖc sö dông tµi nguyªn kh«ng bÞ ng¾t. -20- - Cã hiÖn t−îng chê ®îi vßng trßn. 1.2.3.3. C¸c møc phßng tr¸nh bÕ t¾c §Ó tr¸nh hiÖn t−îng bÕ t¾c, th«ng th−êng hÖ thèng ¸p dông ba møc: - Ng¨n chÆn: ¸p dông c¸c biÖn ph¸p ®Ó hÖ thèng r¬i vµo tr¹ng th¸i bÕ t¾c. - Dù b¸o vµ tr¸nh bÕ t¾c: ¸p dông c¸c biÖn ph¸p ®Ó kiÓm tra c¸c tiÕn tr×nh xem cã bÞ r¬i vµo tr¹ng th¸i bÕ t¾c hay kh«ng. NÕu cã th× th«ng b¸o tr−íc khi bÕ t¾c x¶y ra. - NhËn biÕt vµ kh¾c phôc: T×m c¸ch ph¸t hiÖn vµ gi¶i quyÕt. 1.3. LËp lÞch cho CPU 1.3.1. Kh¸i niÖm giê CPU CPU lµ mét lo¹i tµi nguyªn quan träng cña m¸y tÝnh. Mäi tiÕn tr×nh muèn ho¹t ®éng ®−îc ®Òu ph¶i cã sù phôc vô cña CPU (®Ó xö lý, tÝnh to¸n...). Thêi gian mµ CPU phôc vô cho tiÕn tr×nh ho¹t ®éng ®−îc gäi lµ giê CPU. T¹i mçi thêi ®iÓm nhÊt ®Þnh, chØ cã mét tiÕn tr×nh ®−îc ph©n phèi giê CPU ®Ó ho¹t ®éng (thùc hiÖn c¸c lÖnh cña m×nh). 1.3.2. C¸c tr¹ng th¸i cña tiÕn tr×nh liªn quan ®Õn giê CPU Trong chÕ ®é ®a ch−¬ng tr×nh, cã ba tr¹ng th¸i cña tiÕn tr×nh liªn quan mËt thiÕt ®Õn giê CPU bao gåm: H×nh 1.2. C¸c tr¹ng th¸i cña tiÕn tr×nh liªn quan ®Õn giê CPU Ready Runing Waiting -21- - S½n sµng (ready): Lµ tr¹ng th¸i mµ tiÕn tr×nh ®−îc ph©n phèi ®Çy ®ñ mäi tµi nguyªn cÇn thiÕt vµ ®ang chê giê CPU. - Thùc hiÖn (running): Lµ tr¹ng th¸i mµ tiÕn tr×nh ®−îc ph©n phèi ®Çy ®ñ mäi tµi nguyªn cÇn thiÕt vµ giê CPU. - §îi (waiting): Lµ tr¹ng th¸i tiÕn tr×nh kh«ng thùc hiÖn ®−îc v× thiÕu mét vµi ®iÒu kiÖn nµo ®ã (®îi d÷ liÖu vµo/ra, ®îi tµi nguyªn bæ sung...). Khi sù kiÖn mµ nã chê ®îi xuÊt hiÖn, tiÕn tr×nh sÏ quay trë l¹i tr¹ng th¸i s½n sµng. Nh− vËy, trong suèt thêi gian tån t¹i cña m×nh, c¸c tiÕn tr×nh sÏ tu©n thñ theo s¬ ®å thùc hiÖn sau: H×nh 1.3. S¬ ®å thùc hiÖn tiÕn tr×nh Mét tiÕn tr×nh ®ang trong tr¹ng th¸i thùc hiÖn, nã cã thÓ rêi khái tr¹ng th¸i bëi mét trong ba lý do: - TiÕn tr×nh ®· hoµn thµnh c«ng viÖc vµ chuyÓn sang tr¹ng th¸i kÕt thóc, nã tr¶ l¹i giê CPU cho hÖ thèng. - TiÕn tr×nh tù ng¾t: Khi tiÕn tr×nh chê ®îi mét sù kiÖn nµo ®ã, tiÕn tr×nh sÏ ®−îc chuyÓn sang tr¹ng th¸i thùc hiÖn khi xuÊt hiÖn sù kiÖn nã ®ang chê. - TiÕn tr×nh sö dông hÕt giê CPU dµnh cho nã, khi ®ã nã sÏ ®−îc chuyÓn sang tr¹ng th¸i s½n sµng. ViÖc chuyÓn tiÕn tr×nh sang tr¹ng th¸i s½n sµng vÒ b¶n chÊt lµ thùc hiÖn viÖc ph©n phèi l¹i giê CPU. B¾t ®Çu §îi I/O Sö dông CPU Sö dông CPU §îi I/O KÕt thóc Sö dông CPU -22- 1.3.3. LËp lÞch cho CPU 1.3.3.1. Kh¸i niÖm §Ó ®iÒu khiÓn tiÕn tr×nh ë nhiÒu tr¹ng th¸i kh¸c, hÖ thèng th−êng tæ chøc c¸c tõ tr¹ng th¸i (thùc chÊt lµ c¸c khèi ®iÒu khiÓn tiÕn tr×nh) ®Ó ghi nhËn t×nh tr¹ng sö dông tµi nguyªn vµ tr¹ng th¸i tiÕn tr×nh. C¸c tõ tr¹ng th¸i ®−îc tæ chøc theo kiÓu ®îi nh− sau: H×nh 1.4. S¬ ®å tæ chøc hµng ®îi c¸c tiÕn tr×nh Nh− vËy, lËp lÞch cho CPU cã nghÜa lµ tæ chøc mét hµng ®îi c¸c tiÕn tr×nh s½n sµng ®Ó ph©n phèi giê CPU cho chóng dùa trªn ®é −u tiªn cña c¸c tiÕn tr×nh sao cho hiÖu suÊt sö dông CPU lµ tèi −u nhÊt. Mçi tiÕn tr×nh ë tr¹ng th¸i s½n sµng ®−îc g¾n víi mét thø tù −u tiªn. Thø tù −u tiªn nµy ®−îc x¸c ®Þnh dùa vµo c¸c yÕu tè nh−: Thêi ®iÓm h×nh thµnh tiÕn tr×nh, thêi gian thùc hiÖn tiÕn tr×nh, thêi gian kÕt thóc tiÕn tr×nh... Ready queue CPU I/O I/O queue I/O I/O queue I/O I/O queue M M -23- 1.3.3._..2. Mét sè thuËt to¸n lËp lÞch cho CPU 1. First Come First Served (FCFS) Trong thuËt to¸n nµy, ®é −u tiªn phôc vô tiÕn tr×nh c¨n cø vµo thêi ®iÓm h×nh thµnh tiÕn tr×nh. Hµng ®îi c¸c tiÕn tr×nh ®−îc tæ chøc theo kiÓu FIFO. Mäi tiÕn tr×nh ®Òu ®−îc phôc vô theo tr×nh tù xuÊt hiÖn cho ®Õn khi kÕt thóc hoÆc bÞ ng¾t. 2. Shortest Job First (SJF). ThuËt to¸n SJF x¸c ®Þnh thø tù −u tiªn thùc hiÖn tiÕn tr×nh dùa vµo tæng thêi gian thùc hiÖn tiÕn tr×nh. TiÕn tr×nh nµo cã tæng thêi gian thùc hiÖn ng¾n sÏ ®−îc −u tiªn phôc vô tr−íc. 3. Shortest Remain Time (SRT) T−¬ng tù nh− SJF nh−ng trong thuËt to¸n nµy, ®é −u tiªn thùc hiÖn c¸c tiÕn tr×nh dùa vµo thêi gian cÇn thiÕt ®Ó thùc hiÖn nèt tiÕn tr×nh (b»ng tæng thêi gian = thêi gian ®· thùc hiÖn). Nh− vËy trong thuËt to¸n nµy cÇn ph¶i th−êng xuyªn cËp nhËt th«ng tin vÒ thêi gian ®· thùc hiÖn tiÕn tr×nh. §ång thêi chÕ ®é ph©n bæ l¹i giê CPU còng ph¶i ®−îc ¸p dông nÕu kh«ng sÏ lµm mÊt tÝnh −u viÖt cña thuËt to¸n. 4. Round Robin (RR) Trong thuËt to¸n nµy, hÖ thèng quy ®Þnh mét l−îng tö thêi gian (time quantum) kho¶ng tõ 10-100 mili gi©y. Mçi tiÕn tr×nh trong hµng ®îi lÇn l−ît ®−îc ph©n phèi mét l−îng tö thêi gian ®Ó thùc hiÖn. Sau kho¶ng thêi gian ®ã, nÕu tiÕn tr×nh ch−a kÕt thóc hoÆc kh«ng r¬i vµo tr¹ng th¸i ®îi th× nã ®−îc chuyÓn vÒ cuèi hµng ®îi. Hµng ®îi c¸c tiÕn tr×nh ®−îc tæ chøc theo kiÓu vßng trßn vµ c¸c tiÕn tr×nh lu«n lu«n ®¶m b¶o ®−îc phôc vô. Khi cã tiÕn tr×nh míi ph¸t sinh, nã sÏ ®−îc ®−a -24- vµo hµng ®îi vßng trßn vµ ®−îc ®Æt ë vÞ trÝ phôc vô ngay. C¸c tiÕn tr×nh dï ng¾n hay dµi ®Òu cã ®é −u tiªn phôc vô nh− nhau. Trªn thùc tÕ, ®Ó ®¶m b¶o ®é −u tiªn cho c¸c tiÕn tr×nh dµi, hÖ thèng sÏ ph©n chia c¸c tiÕn tr×nh thµnh m líp. Sè lÇn ®−îc phôc vô vµ thêi gian mét lÇn phôc vô tiÕn tr×nh t¹i mçi líp kh¸c nhau (gi¶ sö ë líp thø i, tiÕn tr×nh ®−îc phôc vô k lÇn vµ mçi lÇn víi thêi gian qi). NÕu sau kho¶ng thêi gian ®· ®−îc ph©n phèi mµ tiÕn tr×nh ch−a kÕt thóc hoÆc kh«ng bÞ ng¾t th× nã ®−îc chuyÓn sang líp thø i+1 (víi ki+1 vµ qi+1 lín h¬n). L−îng tõ thêi gian sÏ t¨ng dÇn cho ®Õn khi tiÕn tr×nh r¬i vµo líp ngoµi cïng (líp m). ë ®ã nã sÏ ®−îc phôc vô víi l−îng tö qm kh«ng ®æi. Nh− vËy thø tù −u tiªn cña c¸c tiÕn tr×nh sÏ t¨ng dÇn theo thêi gian xÕp hµng ®îi. ¦u ®iÓm cña ph−¬ng ph¸p phôc vô ®ång møc theo líp sÏ cho phÐp hÖ thèng −u tiªn nh÷ng tiÕn tr×nh ng¾n (v× nã kÕt thóc sím) nh−ng kh«ng g©y tæn h¹i lín cho c¸c tiÕn tr×nh dµi. Nh−îc ®iÓm lµ do ph¶i th−êng xuyªn ph©n phèi l¹i giê CPU nªn thêi gian chê ®îi trung b×nh cña Round Robin cã thÓ lín h¬n so víi FCFS. Chó ý: Trong thô©t to¸n, cÇn chän gi¸ trÞ l−îng tö thêi gian (time quantum) thÝch hîp. NÕu chän gi¸ trÞ time quantum lín th× viÖc bæ sung tiÕn tr×nh míi hoÆc kÝch ho¹t tiÕn tr×nh bÞ ng¾t sÏ lµm t¨ng thêi gian chê ®îi trung b×nh nh−ng ng−îc l¹i nÕu chän gi¸ trÞ time quantum nhá th× nã sÏ lµm cho c¸c tiÕn tr×nh ph¶i liªn tôc chuyÓn tr¹ng th¸i dÉn ®Õn gi¶m hÖ sè h÷u Ých cña CPU. Th«ng th−êng gi¸ trÞ time quantum ®−îc chän theo c«ng thøc: q = t/n hoÆc q=t/n – s. Trong ®ã: t lµ thêi gian khèng chÕ tr−íc; n lµ sè tiÕn tr×nh; s thêi gian chuyÓn tõ tiÕn tr×nh nµy sang tiÕn tr×nh kh¸c. VÝ dô: Cho d·y tiÕn tr×nh víi thêi gian thùc hiÖn t−¬ng øng theo b¶ng 1.2 vµ time quantum cã gi¸ trÞ q= 4 -25- B¶ng 1.2. Thêi gian thùc hiÖn cña c¸c tiÕn tr×nh TiÕn tr×nh T thùc hiÖn P1 24 P2 3 P3 3 S¬ ®å Grant biÓu thÞ thø tù thùc hiÖn c¸c tiÕn tr×nh nh− h×nh 1.5. P1 P2 P3 P1 P1 P1 P1 P1 0 4 7 10 14 18 22 26 30 H×nh 1.5. S¬ ®å Grant Theo s¬ ®å nµy chóng ta thÊy thêi chê ®îi cña c¸c tiÕn tr×nh nh− b¶ng 1.2. B¶ng 1.3. Thêi gian chê cña c¸c tiÕn tr×nh Processes T thùc hiÖn T ®îi P1 24 6 P3 3 1 P1 3 7 Tæng 30 17 DÉn ®Õn thêi gian chê ®îi trung b×nh cña c¸c tiÕn tr×nh lµ 17/3 = 5.66 1.4. Qu¶n lý bé nhí 1.4.1. Yªu cÇu ph¶i qu¶n lý bé nhí Bé nhí lµ thiÕt bÞ l−u tr÷ duy nhÊt mµ th«ng qua ®ã CPU cã thÓ trao ®æi th«ng tin víi m«i tr−êng bªn ngoµi. Do vËy, nhu cÇu tæ chøc, qu¶n lý bé nhí lµ mét trong nh÷ng nhiÖm vô c¬ b¶n hµng ®Çu cña hÖ ®iÒu hµnh. Bé nhí ®−îc tæ chøc nh− m¶ng mét chiÒu c¸c tõ nhí (word), mçi tõ nhí cã mét ®Þa chØ. ViÖc trao ®æi th«ng tin víi m«i tr−êng bªn ngoµi ®−îc thùc hiÖn th«ng qua c¸c thao t¸c ®äc/ghi d÷ liÖu vµo mét ®Þa chØ cô thÓ nµo ®ã trong bé nhí. -26- HÖ ®iÒu hµnh chÞu tr¸ch nhiÖm cÊp ph¸t kh«ng gian nhí cho c¸c tiÕn tr×nh khi cã yªu cÇu. §Ó thùc hiÖn tèt nhiÖm vô nµy, hÖ ®iÒu hµnh cÇn ph¶i xem xÐt mét sè khÝa c¹nh sau: - Sù t−¬ng øng gi÷a ®Þa chØ logic vµ ®Þa chØ vËt lý: Lµm thÕ nµo ®Ó chuyÓn ®æi mét ®Þa chØ logic thµnh mét ®Þa chØ vËt lý. - Qu¶n lý bé nhí vËt lý bao gåm: Ph©n bæ kh«ng gian nhí cho c¸c tiÕn tr×nh ho¹t ®éng, thu håi kh«ng gian nhí khi tiÕn tr×nh kÕt thóc, qu¶n lý ®−îc kh«ng gian nhí tù do. - Chia sÎ th«ng tin: Cho phÐp c¸c tiÕn tr×nh ®ang ho¹t ®éng trong bé nhí cã thÓ chia sÎ th«ng tin víi nhau. - B¶o vÖ bé nhí: Ng¨n chÆn c¸c tiÕn tr×nh x©m ph¹m ®Õn vïng nhí ®−îc cÊp ph¸t cho c¸c tiÕn tr×nh kh¸c. 1.4.2. C¸c s¬ ®å qu¶n lý bé nhí 1.4.2.1. S¬ ®å ph©n ho¹ch cè ®Þnh Bé nhí ®−îc chia thµnh n phÇn kh«ng nhÊt thiÕt ph¶i b»ng nhau vµ mçi phÇn ®−îc sö dông nh− mét bé nhí ®éc lËp gäi lµ mét ph©n ho¹ch. Mçi ph©n ho¹ch cã thÓ n¹p ®−îc mét ch−¬ng tr×nh vµ tæ chøc thùc hiÖn mét c¸ch ®ång thêi. Nh− vËy trªn lý thuyÕt nÕu cã n ph©n ho¹ch th× sÏ cã thÓ n¹p ®−îc n ch−¬ng tr×nh vµ thùc hiÖn mét c¸ch ®ång thêi (n ®−îc gäi lµ hÖ sè song song cña hÖ thèng). 1.4.2.2. S¬ ®å ph©n ho¹ch ®éng Trong s¬ ®å nµy, bé nhí cã mét b¶ng qu¶n lý kh«ng gian nhí tù do thèng nhÊt. Khi thùc hiÖn ch−¬ng tr×nh, hÖ thèng dùa vµo kÝch th−íc ch−¬ng tr×nh ®Ó ph©n bæ kh«ng gian nhí thÝch hîp, t¹o thµnh mét vïng nhí ®éc lËp vµ t¹o b¶ng qu¶n lý riªng. Khi c¸c ch−¬ng tr×nh kÕt thóc, bé nhí giµnh cho nã sÏ bÞ thu håi. -27- 1.4.2.3. S¬ ®å ho¸n ®æi (swapping) S¬ ®å ho¸n ®æi dùa trªn nguyªn t¾c néi dung ch−¬ng tr×nh ë tr¹ng th¸i chê ®îi trong mét kho¶ng thêi gian dµi sÏ ®−îc t¹m thêi chuyÓn ra bé nhí ngoµi (swap out) ®Ó gi¶i phãng vïng nhí cÊp ph¸t cho ch−¬ng tr×nh kh¸c ho¹t ®éng. Khi ch−¬ng tr×nh kÕt thóc tr¹ng th¸i chê nã sÏ ®−îc n¹p trë l¹i bé nhí trong (swap in) ®Ó tiÕp tôc thùc hiÖn. -28- Ch−¬ng 2 - Vi ®iÒu khiÓn vµ ng«n ng÷ lËp tr×nh cho vi ®iÒu khiÓn 2.1. Vi ®iÒu khiÓn 2.1.1. Vi xö lý vµ vi ®iÒu khiÓn. Bé vi xö lý ®· cã lÞch sö ra ®êi tõ 1971 khi Intel giíi thiÖu bé 8080 dïng cho m¸y tÝnh ®¬n board. KÓ tõ khi ra ®êi, qua nhiÒu thÕ hÖ, cã nhiÒu c¶i tiÕn nh−ng lÜnh vùc cña c¸c bé vi xö lý vÉn lµ c¸c hÖ thèng m¸y tÝnh. Trong hÖ thèng m¸y tÝnh, bé vi xö lý cïng víi bé nhí, c¸c thiÕt bÞ vµo/ra...,hîp thµnh mét hÖ thèng cã kh¶ n¨ng xö lý, ®iÒu khiÓn, l−u tr÷... cùc m¹nh. Mét hÖ thèng m¸y tÝnh nÕu dïng cho mét øng dông lín yªu cÇu xö lý nhanh, l−u tr÷ lín... th× kh«ng cã vÊn ®Ó g× ®Ó bµn. Tuy nhiªn nÕu mang hÖ thèng nµy vµo dïng cho c¸c øng dông nhá th× l¹i trë thµnh l·ng phÝ. Tõ thùc tÕ nµy c¸c nhµ s¶n xuÊt ®· nghiªn cøu vµ ®−a ra c¸c hÖ m¸y tÝnh nhá víi mét bé xö lý nhá, mét bé nhí ch−¬ng tr×nh vµ d÷ liÖu nhá, mét sè c¸c thµnh phÇn vµo ra c¬ b¶n. TÊt c¶ c¸c thµnh phÇn nµy ®−îc gãi gän trong mét chip ®¬n vµ ®©y ch×nh lµ bé vi ®iÒu khiÓn. Nh− vËy ®Ó ph©n biÖt hai kh¸i niÖm vi xö lý vµ vi ®iÒu khiÓn th× cÇn ph¶i xem xÐt trªn 2 ph−¬ng diÖn: KiÕn tróc phÇn cøng vµ lÜnh vùc øng dông. PhÇn cøng cña mét bé vi ®iÒu khiÓn lµ mét bé vi xö lý, bé nhí, c¸c thiÕt bÞ vµo/ra. Vi ®iÒu khiÓn cã ®ñ nh÷ng thµnh phÇn c¬ b¶n cña mét hÖ m¸y tÝnh nªn bé vi ®iÒu khiÓn cã thÓ ho¹t ®éng ®éc lËp ®−îc cßn vi xö lý th× kh«ng. XuÊt ph¸t tõ nh÷ng ®Æc tr−ng võa nªu nªn bé vi ®iÒu khiÓn ®−îc t×m thÊy trong c¸c øng dông nhá cßn vi xö lý n»m trong c¸c hÖ thèng m¸y tÝnh. AT89S52 lµ bé vi ®iÒu khiÓn 8 bit, ®−îc chÕ t¹o bëi h·ng ATMEL theo kiÕn tróc cña 8051. -29- H×nh 2.1. S¬ ®å khèi cña bé vi ®iÒu khiÓn AT89S52 Trªn h×nh 2.1 lµ s¬ ®å khèi cña bé vi ®iÒu khiÓn nµy, theo ®ã bé vi ®iÒu khiÓn cã ®Çy ®ñ c¸c phÇn cøng cÇn thiÕt cho mét hÖ ®iÒu hµnh thêi gian thùc nh− bé xö lý trung t©m, bé nhí, c¸c bé timer ®Ó t¹o c¸c time tick, bé xö lý ng¾t ®Ó thùc hiÖn chuyÓn m¹ch gi÷a c¸c tiÕn tr×nh, khèi vµo ra ®Ó thùc hiÖn c¸c thao t¸c trong c¸c tiÕn tr×nh...Nh− vËy chØ cÇn mét bé vi ®iÒu khiÓn AT89S52víi gi¸ thµnh kh¸ rÎ lµ ®· cã thÓ thùc hiÖn c¸c øng dông thêi gian thùc víi chi phÝ rÊt thÊp. §©y còng chÝnh lµ lý do ®Ó t¸c gi¶ ®Ò tµi chän nghiªn cøu vi ®iÒu khiÓn vµ øng dông vµo hÖ thèng thêi gian thùc. Memory Intermal Devices CPU Memory ROM 8Kb RAM 256 byte I/O devices Timer0 Timer1 Timer2 (16 bit) UART Interrupt Controller System Bus ROM 64Kb RAM 64Kb I/O devices .... .... ... Extermal Devices Oscilla- tior -30- 2.1.2. Tæ chøc bé nhí cña vi ®iÒu khiÓn. AT89S52 coù boä nhôù theo caáu truùc Harvard: coù nhöõng vuøng cho boä nhôù rieâng bieät cho chöông trình vaø döõ lieäu. Nhö ñaõ noùi ôû treân, caû boä nhôù chöông trình vaø döõ lieäu coù saün ôû treân chip tuy nhieân dung löôïng cuûa caùc boä nhôù treân chip laø haïn cheá. Khi thieát keá caùc öùng duïng ñoøi hoûi boä nhôù lôùn ngöôøi ta coù theå duøng boä nhôù ngoaøi vôùi dung löôïng leân tôùi 64 Kbytes cho boä nhôù chöông trình vaø cho 64 Kbytes boä nhôù döõ lieäu (hình 2.2). H×nh 2.2. Tæ chøc bé nhí cña vi ®iÒu khiÓn 2.1.2.1. Bé nhí ch−¬ng tr×nh. AT89S52 cã 8Kb Flash Rom trªn chip, khi ch©n EA (ch©n sè 31) ®−îc ®Æt ë møc logic cao (+5V), bé vi ®iÒu khiÓn sÏ thùc hiÖn ch−¬ng tr×nh trong Rom néi b¾t dÇu tõ ®Þa chØ 0000H. Sè lÇn lËp tr×nh (ghi) cho bé nhí nµy lµ kho¶ng 1000 lÇn. Khi ch©n EA ®−îc ®Æt ë møc logic thÊp, bé vi ®iÒu khiÓn sÏ thùc hiÖn ch−¬ng tr×nh ë bé nhí ch−¬ng tr×nh ngoµi (EPPOM ngoµi), tuy nhiªn ®Ó cã ®−îc Boä nhôù ngoaøi Boä nhôù trong Boä nhôù chöông trình (8Kb) 256 bytes Boä nhôù chöông trình (64Kb) Boä nhôù döõ lieäu (64Kb) 0000H 00FFH FFFFH 1FFFH -31- ®iÒu nµy th× cÇn ph¶i cã mét m¹ch phèi ghÐp AT89S52 víi EPROM ®−îc lùa chän. Trªn h×nh 2.3: Mét vi m¹ch chèt (Latch) sÏ t¸ch riªng Bus ®a hîp ®Þa chØ vµ d÷ liÖu AD0-AD7; Tuú theo dung l−îng cña EPROM sÏ cã sè ®−êng ®Þa chØ t−¬ng øng ®−îc dïng; EPROM ®−îc ®äc nhê tÝn hiÖu PSEN. H×nh 2.3. S¬ ®å ghÐp nèi AT89S52 víi EPROM 2.1.2.2. Bé nhí d÷ liÖu. a.Bé nhí d÷ liÖu trªn chip. AT89S52 cã 256 bytes Ram nh− baûng 2.1 ñöôïc phaân chia nhö sau: - Caùc bank thanh ghi coù ñòa chæ töø 00H ñeán 1FH. 32 byte thaáp cuûa boä nhôù noäi ñöôïc daønh cho caùc bank thanh ghi. Boä leänh AT89S52 hoå trôï 8 thanh ghi coù teân laø R0 -R7 vaø theo maëc ñònh sau khi reset heä thoáng, caùc thanh ghi naøy coù caùc ñòa chæ töø 00H - 07H. 89S52 -32- Caùc leänh duøng caùc thanh ghi RO - R7 seõ ngaén hôn vaø nhanh hôn so vôùi caùc leänh coù chöùc naêng töông öùng duøng kieåu ñòa chæ tröïc tieáp. Caùc döõ lieäu ñöôïc duøng thöôøng xuyeân neân duøng moät trong caùc thanh ghi naøy. Do coù 4 bank thanh ghi neân taïi moät thôøi ñieåm chæ coù moät bank thanh ghi ñöôïc truy xuaát bôûi caùc thanh ghi RO - R7 ñeåà chuyeån ñoåi vieäc truy xuaát caùc bank thanh ghi ta phaûi thay ñoåi caùc bit choïn bank trong thanh ghi traïng thaùi. - RAM ñòa chæ hoùa töøng bit coù ñòa chæ töø 20H ñeán 2FH. AT89S52 coù 128 bit coù chöùa caùc byte ñònh ñòa chæ theo bit töø 20H ñeán 2FH. YÙ töôûng truy xuaát töøng bit baèng phaàn meàm laø caùc ñaêëc tính maïnh cuûa caùc boä vi ñieàu khieån noùi chung. Caùc bit coù theå ñöôïc ñaët, xoùa, AND, OR, ... , vôùi 1 leänh ñôn. - RAM ña duïng töø 30H ñeán FFH. -Caùc thanh ghi chöùc naêng ñaëc bieät töø 80H ñeán FFH. -33- B¶ng 2.1. Bé nhí d÷ liÖu trªn chÝp cña AT89S52 FF 30 Vuøng RAM ña duïng 2F 7F 7E 7D 7C 7B 7A 79 78 2E 77 76 75 74 73 72 71 70 2D 6F 6E 6D 6C 6B 6A 69 68 2C 67 66 65 64 63 62 61 60 2B 5F 5E 5D 5C 5B 5A 59 58 2A 57 56 55 54 53 52 51 50 29 4F 4E 4D 4C 4B 4A 49 48 28 47 46 45 44 43 42 41 40 27 3F 3E 3D 3C 3B 3A 39 38 26 37 36 35 34 33 32 31 30 25 2F 2E 2D 2C 2B 2A 29 28 24 27 26 25 24 23 22 21 20 23 1F 1E 1D 1C 1B 1A 19 18 22 17 16 15 14 13 12 11 10 21 0F 0E 0D 0C 0B 0A 09 08 20 07 06 05 04 03 02 01 00 1F Bank 3 18 17 Bank 2 10 0F Bank 1 08 07 Bank thanh ghi 0 00 (maëc ñònh cho R0 -R7) FF 80 Daønh cho caùc thanh ghi ñaëc bieät (SFR) RAM Caùc thanh ghi chöùc naêng -34- b. Bé nhí d÷ liÖu ngoµi. H×nh 2.4. S¬ ®å ghÐp nèi AT89S52 víi RAM H×nh 2.5. Gi¶i m∙ ®Þa chØ cho c¸c vi m¹ch nhí 8051 RAMA0-A7 Port 0 D0-D7 EA 74HC373 ALE RD WR OE WE O G D Port 2 A8-A15 RAM RAMtext Address Bus (A0- A15) Data Bus (D0-D7) 74HC138 C B A E E E 7 6 5 4 3 2 1 0 CS CS CS CS CS CS A0-A12 A0-A12 D0-D7D0-D7OE OE WE WR RD PSEN RAM 8KBytes EPROM 8KBytes 2764 6264 Select another EPROM/RAM Tíi c¸c vi m¹ch ROM/RAM kh¸c -35- Boä nhôù döõ lieäu ngoaøi laø boä nhôù RAM ñöôïc ñoïc hoaëc ghi bôûi tín hieäu /RD vaø WR.Caùc RAM coù theå giao tieáp vôùi AT89S52 töông töï caùch thöùc nhö EPROM ngoaïi tröø chaân /RD cuûa AT89S52 noái vôùi chaân /OE (Output Enable) cuûa RAM vaø /chaân WR cuûa AT89S52 noái vôùi chaân /WE cuûa RAM (hình 2.10). Neáu coù nhieàu vi maïch ROM vaø RAM cuøng ñöôïc gheùp noái vôùi AT89S52 thì coù theå duøng theâm vi maïch giaûi maõ 74LS138 (hình 2.5). Nhö ñaõ noùi ôû treân, boä nhôù chöông trình vaø boä nhôù döõ lieäu cuûa AT89S52 coù theå truøng ñòa chæ, ñieàu naøy cho pheùp ngöôøi thieát keá coù theå xaây döïng moät boä nhôù döõ lieäu chöùa chöông trình thöïc thi (boä nhôù döõ lieäu ñoïc nhö boä nhôù chöông trình) nhö hình 2.6. H×nh 2.6. Bé nhí d÷ liÖu ®äc nh− bé nhí ch−¬ng tr×nh 2.1.3. C¸c bé ®Þnh thêi. Caùc boä ñònh thôøi (Timer) coù theå hieåu laø moät chuoãi caùc flip-flop chia ñoâi taàn soá noái tieáp vôùi nhau, chuùng nhaän tín hieäu vaøo laøm nguoàn xung nhòp, ngoõ ra cuûa taàn soá cuoái laøm nguoàn xung nhòp cho flip-flop baùo traøn cuûa Timer (flip-flop côø). Giaù trò nhò phaân trong caùc flip-flop cuûa Timer coù theå RAM W OE W RD PSEN -36- xem nhö soá ñeám soá xung nhòp (hoaëc caùc söï kieän) töø khi khôûi ñoäng Timer. Ví duï Timer 16 bit seõ ñeám leân töø 0000H ñeán FFFFH, côø baùo traøn seõ leân 1 khi soá ñeám traøn töø FFFFH ñeán 0000H. AT89S52 coù 3 Timer 16 bit, moãi Timer coù boán cheá ñoä hoaït ñoäïng. Ngöôøi ta söû duïng caùc Timer ñeå: Ñònh khoaûng thôøi gian, ñeám söï kieän hoaëc taïo toác ñoä baud cho port noái tieáp trong. H×nh 2.7. Ho¹t ®éng cña Timer0 vµ Timer1 ë chÕ ®é 1. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña c¸c bé ®Þnh thêi nh− sau: Nguån xung clock ®−îc ®−a tíi Timer tõ mét trong c¸ch phô thuéc vµo bit C-T trong thanh ghi TMOD: • NÕu C-/T = 1, xung clock sÏ ®−îc lÊy tõ bé t¹o xung bªn ngoµi qua ch©n Tx(T0,T1 hoÆc T2). • NÕu C-/T = 0, xung clock sÏ ®−îc lÊy tõ bé chia tÇn trong chip, tÇn sè cña xung ë ®©y lµ 1/12 tÇn sè cña bé dao ®éng th¹ch anh (Fosc). Nguån xung clock nãi trªn sÏ ®−îc ®iÒu khiÓn ®Ó ®−a tíi c¸c Timer b»ng c¸c bit: TR, GATE vµ møc logic trªn c¸c ch©n INTx: • NÕu TRx=0, c¸c Timer sÏ bÞ cÊm mµ kh«ng cÇn quan t©m tíi GATE vµ møc logic trªn c¸c ch©n INTx (thÓ hiÖn b»ng “cæng AND”). -37- • NÕu TRx=1, c¸c Timer sÏ ho¹t ®éng víi mét trong 2 ®iÒu kiÖn sau x¶y ra (thÓ hiÖn b»ng cæng ‘OR”): Thø nhÊt: bit GATE=1; thø hai: trªn ch©n INTx cã møc logic 1. Gi¸ trÞ lín nhÊt mµ c¸c Timer chøa ®−îc lµ 65535 (t−¬ng øng FFFF(H)), khi ®Õm qu¸ gi¸ trÞ nµy sÏ x¶y ra trµn, khi cê trµn TF sÏ ®−îc ®Æt b»ng 1 vµ g©y ra ng¾t do bé ®Þnh thêi. C¨n cø vµo sù kiÖn nµy bé xö lý ng¾t sÏ n¹p dÞa chØ cña vector ng¾t cho con trá PC, bé vi ®iÒu khiÓn sÏ thùc hÖn ch−¬ng tr×nh ë ®©y. Trong hÖ ®iÒu hµnh thêi gian thùc, bé ®Þnh thêi lµ mét trong nh÷ng tµi nguyªn phÇn cøng kh«ng thÓ thiÕu. Bé ®Þnh thêi dïng ®Ó x¸c ®Þnh c¸c kho¶ng thêi gian thÝch hîp cho mçi tiÕn tr×nh ho¹t ®éng (gäi lµ timer tick). Kho¶ng thêi gian nµy cã thÓ thay ®æi dÏ dµng nhê viÖc n¹p c¸c gi¸ trÞ kh¸c nhau cho bé timer. Kho¶ng thêi gian nµy còng thay ®æi tuú theo c¸c øng dông thêi gian thùc sao cho nã lu«n nhá h¬n thêi gian ®¸p øng cña hÖ thèng víi c¸c kÝch thÝch bªn ngoµi. 2.1.4. Bé xö lý ng¾t. Ng¾t cã thÓ hiÓu ®¬n gi¶n lµ t¹m dõng mét ho¹t ®éng A nµo ®ã vµ chuyÓn sang mét ho¹t ®éng B kh¸c cã nhu cÇu cÊp thiÕt h¬n. Khi x¶y ra ng¾t, toµn bé c¸c c«ng viÖc, tr¹ng th¸i cña ho¹t ®éng A sÏ ®−îc cÊt vµo ng¨n xÕp ®Ó lµm c¨n cø tiÕp diÔn khi bé vi xö lý ®· hoµn thµnh xong ho¹t ®éng B vµ quay trë l¹i víi ho¹t ®éng A. AT89S52 cã 6 nguån ng¾t: - Ng¾t ngoµi ®Õn tõ ch©n /INT0. - Ng¾t ngoµi ®Õn tõ ch©n /INT1. - Ng¾t do bé timer 0. - Ng¾t do bé timer 1. - Ng¾t do bé timer 2. -38- - Ng¾t do Port nèi tiÕp. 6 nguån ng¾t nµy ®−îc xo¸ khi Reset vµ ®−îc ®Æt riªng b»ng phÇn mÒm bëi c¸c bit trong c¸c thanh ghi cho phÐp ng¾t (IE), thanh ghi −u tiªn ng¾t (IP). H×nh 2.8. C¸c nguån ng¾t cña AT89S52 Nh− ®· tr×nh bµy ë môc 2.3, c¸c bé ®Þnh thêi t¹o ra c¸c kho¶ng thêi gian (time tick), theo ®ã c¸c mét tiÕn tr×nh ph¶i ®−îc t¹m dõng vµ mét tiÕn tr×nh kh¸c sÏ ®−îc thùc hiÖn. Sù chuyÓn m¹ch sang tiÕn tr×nh míi kÐo theo viÖc ph¶i l−u l¹i c¸c c«ng viÖc cña tiÕn tr×nh cò. Ng¾t do bé ®Þnh thêi chÝnh lµ c¬ së ®Ó cã thÓ thùc hiÖn viÖc chuyÓn m¹ch gi÷a c¸c tiÕn tr×nh. -39- Ngoµi ra trªn vi ®iÒu khiÓn cßn cã mét sè c¸c nguån ng¾t kh¸c. C¸c nguån ng¾t nµy khi ®−îc ®Æt ë c¸c thø tù −u tiªn thÝch hîp sÏ lµ con ®−êng ®Ó mét hÖ thèng thêi gian thùc cã thÓ ph¶n øng kÞp thêi víi c¸c kÝch thÝch tõ bªn ngoµi. 2.2. Ng«n ng÷ lËp tr×nh cho vi ®iÒu khiÓn 2.2.1. Tæng quan vÒ c¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh cho vi ®iÒu khiÓn. Cho ®Õn nay khi lËp tr×nh cho c¸c bé vi ®iÒu khiÓn ng−êi ta th−êng sö dông 2 ng«n ng÷ chÝnh ®ã lµ hîp ng÷ vµ C. Hîp ng÷ (assembly) lµ ng«n ng÷ lËp tr×nh bËc thÊp (chØ ®øng trªn ng«n ng÷ m¸y mét bËc). Hîp ng÷ sö dông chÝnh ngay tËp lÖnh cña bé vi ®iÒu khiÓn t−¬ng øng ®Ó viÕt nªn mét ch−¬ng tr×nh. §Ó biªn dÞch thµnh m· m¸y cã thÓ sö dông tr×nh dÞch hîp ng÷ (assembler) hoÆc cã thÓ dïng chÝnh b¶ng m· lÖnh do nhµ s¶n xuÊt cung cÊp ®Ó m· ho¸ c¸c lÖnh vµ tæng hîp thµnh m· (code) cña ch−¬ng tr×nh. Chóng ta cïng xem xÐt vÝ dô sau: MOV AL,80H ; chuyÓn sè 80H vµo AL MOV BL,12H ; chuyÓn sè 12H vµo BL ADD AL,BL ; céng hai sè víi nhau. Trong ®o¹n ch−¬ng tr×nh trªn nÕu tra b¶ng m· sÏ cã ®−îc m· cña 3 lÖnh lÇn l−ît lµ: B0 80 B3 12 80 C0 NÕu tæng hîp l¹i th× m· cña ®o¹n ch−¬ng tr×nh trªn sÏ lµ B0 80 B3 12 80 C0. C¸ch tra b¶ng m· lÖnh vµ ho¸ lÖnh sau ®ã tæng hîp thµnh m· ch−¬ng tr×nh cã thÓ g©y ra nhÇm lÉn vµ mÊt rÊt nhiÒu thêi gian chÝnh v× vËy mµ tr×nh dÞch hîp ng÷ ra ®êi. Cã trong tay tr×nh dÞch hîp ng÷ ng−êi lËp tr×nh cã thÓ ®· gi¶m bít -40- ®−îc kh¸ nhiÒu c«ng søc khi lËp tr×nh cho vi ®iÒu khiÓn. Tuy nhiªn chóng ta cïng xem xÐt vÝ dô sau: Thùc hiÖn phÐp to¸n AX=7 * 9 + 12 * 8. Hîp ng÷: MOV AL,7 ;sè h¹ng thø nhÊt chøa trong AL MOV BL,9 ;sè h¹ng thø hai chøa trong BL MUL BL ;nh©n 2 sè, kÕt qu¶ chøa trong AX MOV CX,AX ;chuyÓn kÕt qu¶ vµo thanh ghi kh¸c ®Ó chuÈn bi cho phÐp ;nh©n thø hai MOV AL,12 MOV BL,8 MUL BL ADD AX,CX ;céng hai tÝch víi nhau AINSI C: AX=7*9+12*8; Râ rµng víi cïng mét nhiÖm vô nh−ng AINSI C chØ cÇn 1 dßng lÖnh trong khi hîp ng÷ cÇn tíi 8 dßng lÖnh vµ c¶ 8 dßng lÖnh trªn ®Òu ph¶i thao t¸c trªn c¸c thanh ghi (phÇn cøng). Tõ lý do nµy mµ ng−êi ta nghÜ ®Õn viÖc nªn sö dông mét ng«n ng÷ cÊp cao h¬n ®Ó thay thÕ cho hîp ng÷ vµ x©y dùng tr×nh dÞch (compiler) cho ng«n ng÷ cÊp cao ®ã. Khi thiÕt kÕ phÇn mÒm cho mét hÖ thèng nhóng nhá sö dông 8085, viÖc sö dông m· hîp ng÷ (assembly code) ®Ó ph¸t triÓn toµn bé s¶n phÈm ®· trë thµnh chuyÖn b×nh th−êng. §èi víi nhiÒu ®Ò tµi, ®©y lµ tiÕp cËn kh¶ thi v× l−îng m· cÇn ®−îc t¹o ra th−êng nhá h¬n 8 Kbyte vµ t−¬ng ®èi ®¬n gi¶n vÒ b¶n chÊt. NÕu mét kü s− phÇn cøng ®−îc giao nhiÖm vô thiÕt kÕ c¶ phÇn cøng lÉn phÇn mÒm, ng−êi nµy th−êng cã khuynh h−íng viÕt phÇn mÒm b»ng hîp ng÷. Ng−êi kü s− phÇn -41- cøng th−êng kh«ng quen víi mét ng«n ng÷ cÊp cao nh− C ch¼ng h¹n hoÆc ng−êi nµy kh«ng quan t©m ®Õn ng«n ng÷ cÊp cao. KhuyÕt ®iÓm cña c¸c ®Ò tµi ®−îc viÕt b»ng hîp ng÷ cã thÓ lµ khã ®äc vµ khã b¶o tr×, ®Æc biÖt khi c¸c ch−¬ng tr×nh cho c¸c ®Ò tµi nµy kh«ng ®−îc chó thÝch tèt. Ngoµi ra, l−îng m· cã thÓ sö dông l¹i tõ mét ®Ò tµi viÕt b»ng hîp ng÷ th−êng rÊt thÊp. ViÖc sö dông ng«n ng÷ cÊp cao nh− C cã thÓ gi¶i quyÕt c¸c vÊn ®Ò nµy. Mét ch−¬ng tr×nh ®−îc viÕt b»ng C sÏ dÔ ®äc h¬n so víi ch−¬ng tr×nh ®−îc viÕt b»ng hîp ng÷. Do ch−¬ng tr×nh viÕt b»ng C së h÷u c¸c cÊu tróc lín h¬n, ta dÔ dµng hiÓu vµ b¶o tr× ch−¬ng tr×nh. Do tÝnh cã module cña ng«n ng÷ C, mét ch−¬ng tr×nh viÕt b»ng C cã thÓ sö dông l¹i m· mét c¸ch tèt h¬n khi ®i tõ ®Ò tµi kh¸c. ViÖc chia ch−¬ng tr×nh thµnh nhiÒu hµm sÏ thóc ®Èy cÊu tróc phÇn mÒm tèt h¬n vµ dÉn ®Õn c¸c hµm cã thÓ ®−îc lÊy ra tõ mét ®Ò tµi vµ sö dông vµo ®Ò tµi kh¸c, nh− vËy sÏ gi¶m tæng thêi gian ph¸t triÓn. Mét ng«n ng÷ cÊp cao ch¼ng h¹n nh− C cho phÐp ng−êi ph¸t triÓn viÕt ch−¬ng tr×nh t−¬ng ®ång nhiÒu h¬n víi suy nghÜ cña con ng−êi so víi ch−¬ng tr×nh viÕt b»ng hîp ng÷. Ng−êi ph¸t triÓn cã thÓ tËp trung nhiÒu thêi gian h¬n vµo viÖc thiÕt kÕ c¸c gi¶i thuËt cña hÖ thèng thay v× ph¶i tËp trung vµo viÖc thùc hiÖn riªng rÏ c¸c gi¶i thuËt. §iÒu nµy sÏ lµm gi¶m mét c¸ch ®¸ng kÓ thêi gian ph¸t triÓn vµ lµm gi¶m thêi gian gì rèi v× ch−¬ng tr×nh sÏ dÔ hiÓu h¬n. B»ng c¸ch sö dông ng«n ng÷ gièng nh− C, ng−êi lËp tr×nh kh«ng cÇn ph¶i am t−êng kiÕn tróc cña bé vi ®iÒu khiÓn. §iÒu nµy cã nghÜa lµ mét ng−êi ch−a quen víi mét bé vi ®iÒu khiÓn cho s½n cã thÓ x©y dùng mét ®Ò tµi nhanh h¬n v× tæ chøc bªn trong cña bé vi ®iÒu khiÓn ®Ých cã thÓ kh«ng cÇn nghiªn cøu. Ngoµi ra ch−¬ng tr×nh ®−îc ph¸t triÓn b»ng C sÏ dÔ dµng sö dông víi c¸c hÖ thèng kh¸c so víi ch−¬ng tr×nh ®−îc ph¸t triÓn b»ng hîp ng÷. -42- NhiÒu bé vi ®iÒu khiÓn cã c¸c tr×nh dÞch ng«n ng÷ C, c¸c tr×nh dÞch nµy hç trî AINSI C. TÊt c¶ c¸c ®iÒu nµy kh«ng cã ý muèn nãi r»ng hîp ng÷ kh«ng cã vai trß cña m×nh. Trªn thùc tÕ nhiÒu hÖ thèng nhóng (®Æc biÖt lµ c¸c hÖ thèng thêi gian thùc) kÕt hîp ch−¬ng tr×nh C vµ ch−¬ng tr×nh hîp ng÷. §èi víi c¸c thao t¸c cã thêi gian tíi h¹n, ch−¬ng tr×nh hîp ng÷ th−êng lµ ph−¬ng ph¸p duy nhÊt ®−îc lùa chän. Tuy nhiªn theo kinh nghiÖm, phÇn cßn l¹i cña ®Ò tµi (bao gåm nhiÒu giao diÖn phÇn cøng) cã thÓ vµ nªn ®−îc ph¸t triÓn b»ng C. Mét trong nh÷ng ®iÒu quan träng nhÊt vÒ ng«n ng÷ C lµ ng«n ng÷ nµy cho phÐp ta thùc hiÖn c¸c thao t¸c møc thÊp cña phÇn cøng nÕu cÇn, l¹i cßn cung cÊp cho ta chøc n¨ng vµ kh¸i niÖm trõu t−îng cña ng«n ng÷ cÊp cao. 2.2.2. Nh÷ng vÊn ®Ò víi ng«n ng÷ C viÕt cho c¸c bé vi ®iÒu khiÓn. Ng«n ng÷ lËp tr×nh C lµ mét ng«n ng÷ lËp tr×nh ®−îc sö dông réng r·i trªn thÕ giíi. NhiÒu ng−êi cho r»ng ®©y lµ ng«n ng÷ lËp tr×nh bËc cao v× C cã kh¸ nhiÒu thuéc tÝnh gièng c¸c ng«n ng÷ lËp tr×nh bËc cao, vÝ dô nh−: cÊu tróc cña ch−¬ng tr×nh, c¸ch ®Þnh nghÜa vµ gäi c¸c thñ tôc...,tuy nhiªn søc m¹nh thùc sù cña C kh«ng ph¶i ë ®ã mµ chÝnh lµ kh¶ n¨ng truy nhËp phÇn cøng, thao t¸c trªn c¸c bit, byte, word cña phÇn cøng ®èi t−îng. Còng chÝnh bëi lý do nµy mµ C ®−îc rÊt nhiÒu nhµ thiÕt kÕ hÖ ®iÒu hµnh sö dông lµ ng«n ng÷ lËp tr×nh bªn c¹nh hîp ng÷, cã thÓ kÓ ra c¸c hÖ ®iÒu hµnh cã sö dông C ®Ó lËp tr×nh nh−: UNIX, LINUX, MS-Windows... Trªn bé vi ®iÒu khiÓn 8bit, dÔ hiÓu lµ kh«ng thÓ ®em so s¸nh vÒ tµi nguyªn ®èi víi c¸c bé vi xö lý ®−îc chän ®Ó viÕt hÖ ®iÒu hµnh LINUX hay Windows. Cã thÓ kÓ ra mét sè dÉn chøng: tµi nguyªn vÒ bé nhí cña vi ®iÒu khiÓn chØ vµi Kbyte ®èi víi bé nhí ch−¬ng tr×nh vµ vµi tr¨m byte ®èi víi bé nhí d÷ liÖu; kh«ng gian ®Þa chØ còng chØ lµ vµi chôc Kbyte... -43- Tr×nh dÞch C cã kh¶ n¨ng nhËn m· nguån C (C source code) cña ng−êi lËp tr×nh vµ t¹o ra m· ®èi t−îng (object code) ®−îc tèi −u ho¸ cao tõ m· nguån nµy. Tuy nhiªn cã nhiÒu ®iÒu mµ chóng ta, víi t− c¸ch lµ ng−êi thiÕt kÕ, cã thÓ thùc hiÖn ®Ó gióp cho tr×nh dÞch t¹o ra m· tèt h¬n ®Ó cã thÓ tiÕt kiÖm ®îc tèi ®a c¸c tµi nguyªn cña vèn h¹n chÕ cña bé vi ®iÒu khiÓn. 2.2.2.1. Gi¶m kÝch th−íc biÕn. Mét trong nh÷ng ®iÒu c¬ b¶n nhÊt mµ ta cÇn ph¶i lµm ®Ó c¶i thiÖn ch−¬ng tr×nh cña ta lµ ®Æc biÖt l−u ý ®Õn kÝch th−íc cña c¸c biÕn. §èi víi ng−êi th−êng lËp tr×nh b»ng C trªn c¸c m¸y ch¼ng h¹n nh− mét mainframe hoÆc PC, viÖc khai b¸o nh÷ng ®iÒu nh− lµ c¸c bé ®Õm vßng lÆp d−íi d¹ng c¸c sè nguyªn lµ rÊt b×nh th−êng, ngay c¶ ®èi víi c¸c biÕn mµ gi¸ trÞ cña chóng kh«ng bao giê v−ît qu¸ 255. Trªn mét m¸y 8 – bit nh− 8051, viÖc sö dông réng r·i c¸c kiÓu d÷ liÖu cã kÝch th−íc lín h¬n 8 bÝt sÏ g©y ra sù hoang phÝ lín vÒ kh¶ n¨ng xö lý vµ bé nhí. Ta cÇn ph¶i cÈn thËn xem xÐt tÇm gi¸ trÞ ®èi víi biÕn mµ ta khai b¸o vµ kÕ ®Õn chän kiÓu nhá nhÊt tho¶ yªu cÇu. HiÓn nhiªn kiÓu ®−îc −a chuéng nhÊt ®èi víi c¸c biÕn sÏ lµ unsigned char, do kiÓu nµy chØ sö dông 1 byte. 2.2.2.2. Sö dông kiÓu unsigned. §Õn ®©y, ta cã thÓ ng¹c nhiªn v× kiÓu ®−îc −a chuéng lµ kiÓu unsigned char thay v× lµ kiÓu char. LËp luËn ®»ng sau ®iÒu nµy lµ 8051 kh«ng hç trî sè häc cã dÊu vµ ®o¹n m· phô ®−îc yªu cÇu bëi mét gi¸ trÞ cã dÊu, tr¸i ng−îc víi mét gi¸ trÞ kh«ng dÊu, sÏ lÊy ®i toµn bé c¸c tµi nguyªn cña bé vi ®iÒu khiÓn. Nh− vËy cïng víi viÖc chän lùa c¸c kiÓu biÕn t−¬ng øng víi tÇm gi¸ trÞ, ta còng ph¶i xem xÐt xem cã ph¶i biÕn sÏ ®−îc sö dông cho mét thao t¸c nµo ®ã sÏ yªu cÇu c¸c sè ©m. NÕu kh«ng, ta cÇn ®¶m b¶o r»ng ta chØ ra biÕn cã kiÓu unsigned. Ta cÇn lo¹i bá c¸c sè ©m ra khái mét hµm hoÆc toµn bé øng dông cña ta. -44- 2.2.2.3. Kh«ng sö dông sè dÊu chÊm ®éng. ViÖc thùc hiÖn c¸c phÐp to¸n sè dÊu chÊm ®éng trªn c¸c gi¸ trÞ 32-bit víi mét bé vi ®iÒu khiÓn 8 bit còng gièng nh− ta c¾t mét b·i cá b»ng c¸c ®å dïng c¾t mãng tay. Ta cã thÓ thùc hiÖn ®−îc ®iÒu nµy nh−ng sÏ hoang phÝ mét l−îng thêi gian lín khñng khiÕp. BÊt kú lóc nµo ta dù ®Þnh sö dông dông sè dÊu chÊm ®éng trong mét øng dông, ta cÇn ph¶i tù hái xem cã ph¶i ®iÒu nµy lµ tuyÖt ®èi cÇn thiÕt hay kh«ng? Th«ng th−êng, c¸c sè dÊu chÊm ®éng cã thÓ ®−îc lo¹i bá b»ng c¸ch t¨ng cÊp tÊt c¶ c¸c gi¸ trÞ b»ng mét cÆp cïng bËc vÒ ®é lín vµ sö dông c¸c phÐp to¸n sè nguyªn. Ta sÏ xö lý tèt h¬n c¸c sè kiÓu int vµ long so víi c¸c sè kiÓu double vµ float. Ch−¬ng tr×nh cña ta sÏ thùc thi nhanh h¬n vµ c¸c th−êng tr×nh sè dÊu chÊm ®éng sÏ kh«ng ®−îc liªn kÕt vµo trong øng dông cña ta. Ngoµi ra nÕu ta cÇn ph¶i sö dông sè dÊu chÊm ®éng, ta cÇn xem xÐt viÖc sö dông c¸c phiªn b¶n cña 8051, c¸c phiªn b¶n nµy ®· ®−îc tèi −u ho¸ ®èi víi c¸c phÐp to¸n sè häc ch¼ng h¹n nh− Siemens 80517, 80537 hoÆc Dallas Semiconductor 80320. Cã nhiÒu khi ta bÞ Ðp buéc ph¶i liªn kÕt chÆt chÏ víi viÖc sö dông c¸c sè dÊu chÊm ®éng trong hÖ thèng cña ta. Ta ®· biÕt nh÷ng bÊt lîi vÒ kÝch th−íc ch−¬ng tr×nh vµ tèc ®é mµ ta ph¶i ®èi phã. Ngoµi ra, ta cÇn ý thøc ®−îc r»ng nÕu ta sö dông c¸c phÐp to¸n sè dÊu chÊm ®éng trong mét th−êng tr×nh mµ th−êng tr×nh nµy cã thÓ bÞ ng¾t, ta ph¶i ®¶m b¶o r»ng th−êng tr×nh ng¾t (interrupting routine) kh«ng ®−îc sö dông c¸c phÐp to¸n sè dÊu chÊm ®éng ë bÊt kú n¬i nµo trong c©y gäi (calling tree) cña th−êng tr×nh, hoÆc ta ph¶i l−u gi÷ tr¹ng th¸i cña hÖ thèng sè dÊu chÊm ®éng ë n¬i b¾t ®Çu cña ISR b»ng c¸ch sö dông “fpsave” vµ phôc håi l¹i tr¹ng th¸i ban ®Çu cña hÖ thèng sè dÊu chÊm ®éng ë n¬i kÕt thóc ISR b»ng c¸ch sö dông “fprestore”. Mét ph−¬ng ph¸p kh¸c lµ bao bäc lêi gäi ®Õn c¸c ch−¬ng tr×nh sè dÊu chÊm ®éng ch¼ng h¹n nh− sin() cïng víi mét hµm v« hiÖu ho¸ c¸c ng¾t tr−íc lêi gäi ®Õn hµm to¸n häc vµ cho phÐp c¸c ng¾t trë l¹i sau lêi gäi. -45- include void timer0_isr(void) interrupt 1 { struct FPBUF fpstate; // ®o¹n m· khëi ®éng hoÆc ®o¹n m· // Kh«ng sö dông sè dÊu chÊm ®éng nµo ®ã fpsave(&fpstate); // L−u tr¹ng th¸i cña // hÖ thèng sè dÊu chÊm ®éng // ®o¹n m· ISR bÊt kú, bao gåm // ®o¹n m· sè dÊu chÊm ®éng. fprestore (&fpstate); // kh«i phôc tr¹ng th¸i cña hÖ thèng // sè dÊu chÊm ®éng // ®o¹n m· ISR bÇt kú kh«ng sö dông // sè dÊu chÊm ®éng } float my_sin(float arg) { float retval; bit old_ea; old_ea = EA; // l−u tr¹ng th¸i ng¾t hiÖn hµnh EA = 0; // cÊm c¸c ng¾t Retval = sin(arg); /* thùc hiÖn lêi gäi hµm sè dÊu chÊm ®éng*/ EA = old_ea; /* ®Æt trë l¹i tr¹ng th¸i ng¾t*/ return retval; } -46- NÕu ta ph¶i sö dông sè dÊu chÊm ®éng trong ch−¬ng tr×nh cña ta, ta cÇn nç lùc x¸c ®Þnh ®é chÝnh x¸c cùc ®¹i cÇn cã. Mét khi ®· tÝnh ®−îc sè bit cùc ®¹i cña ®é chÝnh x¸c cÇn cã trong viÖc tÝnh to¸n sè dÊu chÊm ®éng, ta h·y ®−a sè nµy vµo trong hép tho¹i c¸c lùa chän cña tr×nh dÞch bªn d−íi ®iÒu khiÓn “Bit to round for float compare”. §iÒu nµy sÏ cho phÐp c¸c th−êng tr×nh sè dÊu chÊm ®éng giêi h¹n l−îng c«ng viÖc mµ chóng thùc hiÖn chØ ®Õn ®é chÝnh x¸c cã ý nghÜa ®èi víi hÖ thèng cña ta. 2.2.2.4. Sö dông biÕn bit Khi ta dù ®Þnh sö dông c¸c cê (flag) chØ cã hai tr¹ng th¸i 0 vµ 1, ta nªn sö dông kiÓu bit thay v× sö dông kiÓu unsigned char. §iÒu nµy nh»m môc ®Ých ®Ó dµnh bé nhí cho sau nµy v× ta kh«ng hoang phÝ 7 bit kia. Ngoµi ra, c¸c biÕn bit lu«n lu«n ®−îc cÊt ë RAM bªn trong vµ do vËy sÏ ®−îc truy cËp trong mét chu kú. 3.8.5. Sö dông biÕn côc bé thay cho biÕn toµn côc C¸c biÕn ®−îc khai b¸o lµ d÷ liÖu toµn côc (global data) sÏ sö dông kÐm hiÖu qu¶ h¬n so víi c¸c biÕn ®−îc khai b¸o lµ d÷ liÖu côc bé (local data). Lý do cho ®iÒu nµy lµ tr×nh dÞch lu«n cè g¾ng g¸n c¸c biÕn côc bé cho c¸c thanh ghi bªn trong, trong khi ®ã d÷ liÖu toµn côc cã thÓ hoÆc kh«ng thÓ ë trong c¸c thanh ghi bªn trong tuú thuéc vµ khai b¸o cña ta. Trong nh÷ng tr−êng hîp mµ c¸c biÕn toµn côc ®−îc g¸n mÆc ®Þnh cho XDATA (ch¼ng h¹n nh− c¸c ch−¬ng tr×nh theo m« h×nh bé nhí lín), ta ®· tõ bá viÖc truy cËp nhanh. Lý do kh¸c ®Ó tr¸nh c¸c biÕn toµn côc lµ ta ph¶i phèi hîp viÖc truy cËp ®Õn c¸c biÕn nh− vËy gi÷a c¸c._.