首先要指出的一點是，我們不是討論嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)（RTOS）的設計。我們討論的是，在不使用RTOS的控制系統(tǒng)中，如何體現(xiàn)多任務多線程機制的程序設計思想。
    一些嵌入式設備可以需要操作系統(tǒng)，例如掌上電腦、PDA、網(wǎng)絡控制器等高性能的手持設備和移動設備。它們往往和無線通信、互聯(lián)網(wǎng)訪問和多媒體處理等復雜而強大的功能聯(lián)系在一起；對CPU要求也很高，往往是以通用CPU為原型的各種高端嵌入式處理器。

    作為一個完整的操作系統(tǒng)，RTOS有一個可靠性很高的實時內(nèi)核，將CPU時間、中斷、I/O、定時器等資源都包括起來，留給用戶一個標準的應用程序接口（API）；根據(jù)各個任務的優(yōu)先級，合理地在不同任務之間分配CPU的時間，保證程序執(zhí)行的實時性、可靠性。內(nèi)核一般都能提供任務調(diào)度和中斷服務等功能，部分高檔商業(yè)化產(chǎn)品，如Windows XP Embedded，甚至支持32位地址空間、虛擬存儲管理、多進程以及嵌入式操作系統(tǒng)中不多見的動態(tài)鏈接庫（DLL）。對于這些RTOS來說，多任務實時處理不是件困難的事情。
    但更多的情況下，用戶使用的是另一類CPU—微控制器，即單片機，往往是按照某一流程執(zhí)行單一任務。出于成本和技術(shù)上的原因，這類軟件開發(fā)多數(shù)還是基于處理器直接編寫，沒有選配實時多任務操作系統(tǒng)作為開發(fā)平臺，也不需要將系統(tǒng)軟件和應用軟件分開處理。但是在實際應用中，有時也會面臨同時處理多個并行任務的要求，這就需要安排一種運行機制，來模擬RTOS中的處理方法。

1 RTOS中的設計思想
單處理機多道程序系統(tǒng)具有如下特征：
①從宏觀上看，幾種程序“同時運行”。即它們先后開始了各自的運行，且均未結(jié)束。
②從微觀上看，幾道程序“交替執(zhí)行”。對于單處理機系統(tǒng)而言，它們只能輪流地占用CPU。
其實質(zhì)是指幾道程序在處理機中“交替執(zhí)行”。我們按照現(xiàn)在常用的方法，把一道程序和一個任務對應，把任務中的每個分開的、獨立執(zhí)行的部分稱之為線程。
    具體到RTOS來說，一方面，實時操作中的多任務引起的并發(fā)性和實時性，要求操作系統(tǒng)對資源分配具有更強的控制能力。通常的辦法是采取設立前臺與后臺兩個作業(yè)的分配辦法。前臺作業(yè)中包含實時采集、控制、處理有關(guān)的任務，任務優(yōu)先級較高；后臺作業(yè)一般是對數(shù)據(jù)進行分析、輸出數(shù)據(jù)、響應操作員請求等任務，優(yōu)先級較低。后臺作業(yè)中與后臺作業(yè)并非完全孤立的；后臺作業(yè)所需數(shù)據(jù)由前臺作業(yè)存儲共享內(nèi)存區(qū)內(nèi)，作業(yè)之間通過共享存儲區(qū)進行數(shù)據(jù)交換。
    另一方面，實時任務總是由某個事件發(fā)生或時間條件滿足來激活。事件有兩種：內(nèi)部事件和外部事件。時間驅(qū)動也有兩種：按絕對時間驅(qū)動和按相對時間驅(qū)動。內(nèi)部事件驅(qū)動是指某一程序運行的結(jié)果導致另一任務的啟動，這個結(jié)果可能是數(shù)據(jù)滿足一定條件，也可能是釋放了某一資源；而最典型的實時任務是由外部事件驅(qū)動的。在實時系統(tǒng)中，外部事件發(fā)生有時是不可預測的，由外部事件驅(qū)動的任務一般是需要立即執(zhí)行的任務，它的優(yōu)先級最高。絕對時間驅(qū)動是指在某指定時刻執(zhí)行的任務，也就是在自然時鐘的絕對時間執(zhí)行。相對時間驅(qū)動是指周期性執(zhí)行的任務，總是相對上一次執(zhí)行時間計時，執(zhí)行時間間隔一定。除了周期性任務外，還有一些同步任務也可能由相對時間驅(qū)動，如等待某種條件到來。等待時間是編程設定的。相對時間可用計算機內(nèi)部時鐘或軟件計時。
    我們在實時設計當中，這兩方面的問題都有所體現(xiàn)，所有的事件驅(qū)動和時間驅(qū)動都體現(xiàn)在設置相應的任務標識和線程標識。從后面的討論中可以看出，當硬件環(huán)境一定時，依據(jù)這些標識，通過安排系統(tǒng)內(nèi)中斷響應方式和調(diào)整任務調(diào)度算法，可以有效解決多任務并行問題，因為系統(tǒng)的實時性主要取決于這兩點。
2 多任務多線程機制的實現(xiàn)
我們設計的對象是雙通道和四通道測試的某型醫(yī)用檢驗設備。每個通道可以置入樣本，設置不同的測試項目，完成測試后輸出不同的測試結(jié)果和附加的計算結(jié)果。
    常規(guī)的處理方法是這樣的：和通道只能測試同一個項目，按統(tǒng)一步驟同步執(zhí)行各任務的相同階段，其處理示意如圖1。為簡化起見，我們用雙通道進行說明。
    顯然，這樣做不僅會失去測試的靈活性，例如不能同時測量不同項目，不過隨意在不同通道中測試不同版本，即使有空余通道也不能在上一樣本測試過程中啟動下一樣本的測試；而且還犧牲效率，浪費時間，因為要等每個階段最慢的一個處理完才能進入下一階段。這其實是單任務的多次簡單重復，設計也容易。國內(nèi)很多類似產(chǎn)品采用了這種方案，但我們放棄了。
我們選擇了安全并行的設計，即要求所有通道可以完全獨立工作；任意啟動和停止；彼此沒有約束；時間上可以任意重疊；是幾個獨立的任務，如圖2。
    這里