傳統的用戶專用鍵盤單片機軟件采用結構化設計方法，主程序循環執行，依次完成按鍵掃描、按鍵處理、串口命令接收、串口命令處理等任務。由于任務的數量少，并且每個任務執行的操作簡單，此種設計可以使得軟件較好地滿足功能要求。但仔細分析，會發現程序一些可以改進的地方，如：執行時間短的任務不得不排隊等待執行時間長的任務的完成。此外，如果用戶的設計要求發生變化（如：專用鍵盤功能增加、按鍵數量增多、串口協議復雜化等），原有的編程思想將很難滿足要求，程序因此無法進行移植升級而不得不重新開發。

　　基于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：