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一、测试目的

为了更直观地了解 HRTOS 4.0 在实际硬件上的运行表现，本次测试采用逻辑分析仪，对系统启动、首个任务启动以及普通任务和高速任务之间的切换过程进行测量。

本次测试重点关注以下四个方面：

1. 系统上电后，到达hrtos_main()的时间。

2. 从进入hrtos_main()到首个任务开始执行的时间。

3. 普通任务之间通过调度触发位和时间片机制进行切换时的时间开销。

4. 高速任务之间通过调度触发位和时间片机制进行切换时的时间开销。

与仅根据源代码或指令周期进行估算不同，本次测试以实际运行的目标硬件和逻辑分析仪采集结果为依据，观察 HRTOS 在真实执行环境中的时间表现。

测试说明：本文数据为当前测试环境下的实测结果，不代表所有 8051 芯片、时钟频率、编译配置及应用负载下的通用性能指标。

二、测试环境与测量方法

2.1 测试方法

本次使用 GPIO 引脚作为测试信号，通过程序在特定执行位置改变引脚电平，再利用逻辑分析仪观察信号变化的时间位置。

主要测量项目包括：

• 上电至进入hrtos_main()的时间。

• 进入hrtos_main()至首个任务执行的时间。

• 普通任务切换的时间。

• 高速任务切换的时间。

对于任务切换测试，通过在任务执行过程中改变 GPIO 电平，并结合 HRTOS 的调度触发机制，观察任务切换前后的信号变化。

其中，调度触发位方式通过修改OS_SCHED_REASON请求调度；时间片方式则通过触发 T0 中断进入系统的调度处理流程。

2.2 测量结果汇总

以上数据反映了本次测试程序中，从指定测量起点到指定测量终点的时间间隔。任务切换数据应结合相应的 GPIO 翻转位置理解，不能直接等同于纯粹的内核上下文保存与恢复指令耗时。

三、测试一：系统启动时间

3.1 测试代码

#include "hrtos_internal.h" #include "bsp_gpio.h" #include "perf_task.h" sbit P10 = P1^0; void hrtos_main(void) { P10 = 0; os_delay(0); }

该测试在进入hrtos_main()后立即将 P1.0 拉低，并调用os_delay(0)。

通过观察上电过程和 GPIO 信号变化，可以测量系统上电到进入应用入口函数的时间，以及应用入口到后续任务调度路径的时间。

3.2 测试结果

上电至进入hrtos_main()：347.21 ms

从上电到进入应用入口函数，实测耗时为 347.21 ms。

这段时间属于系统启动阶段的测量结果，其具体构成可能涉及芯片复位与启动过程、硬件初始化、C 运行环境初始化以及 HRTOS 初始化等环节。各环节的实际耗时需要结合启动代码和对应的测量标记进一步拆分。

图片 1：系统上电至进入hrtos_main()的逻辑分析仪截图

图 1：HRTOS 4.0 上电启动时间实测，测量结果为 347.21 ms。

3.3hrtos_main()到首个任务执行

本次测试中，从进入hrtos_main()到首个任务开始执行，实测时间为 11.025 ms。

需要注意，这个数值对应当前测试代码中的os_delay(0)路径及所采用的测量起止点，并不应直接理解为所有 HRTOS 应用中固定不变的任务启动延迟。

图片 2：hrtos_main()到首个任务执行的逻辑分析仪截图

图 2：从应用入口到首个任务执行的实测时间为 11.025 ms。

四、测试二：普通任务切换

4.1 测试目的

普通任务测试用于观察两个普通任务在 HRTOS 调度机制下的切换表现。

测试创建两个普通任务，分别通过 P1.0 输出不同电平，以便通过逻辑分析仪识别任务执行位置。

本组测试比较两种调度触发方式：

• 调度触发位方式。

• 时间片触发方式。

4.2 测试代码

应用入口创建两个普通任务：

#include "hrtos_internal.h" #include "bsp_gpio.h" #include "perf_task.h" void hrtos_main(void) { os_task_create((unsigned int)task_a, 1, 2, 5); os_task_create((unsigned int)task_b, 2, 2, 5); }

任务 A：

void task_a(void) { while (1) { OS_PROCESS_OK[1] &= 0xfe; OS_PROCESS_OK[2] |= 0x01; OS_SCHED_REASON = 1; // 调度触发位 P10 = 0; TF0 = 1; // T0 中断 } }

任务 B：

void task_b(void) { P10 = 1; while (1) { OS_PROCESS_OK[2] &= 0xfe; OS_PROCESS_OK[1] |= 0x01; P10 = 1; TF0 = 1; // T0 中断 } }

上述代码通过修改任务状态相关标志、设置调度触发位以及触发 T0 中断，构造任务切换测试场景。

这里直接操作了 HRTOS 内部状态变量，属于面向内核机制的测试代码，不是推荐给普通应用程序使用的任务切换方式。相关操作依赖当前版本的内部实现和具体测试配置。

4.3 调度触发位方式

采用调度触发位方式时，普通任务切换的实测时间为：

394.33 μs

图片 3：普通任务通过调度触发位进行切换的逻辑分析仪截图

图 3：普通任务通过调度触发位触发调度，实测时间为 394.33 μs。

4.4 时间片触发方式

采用时间片触发方式时，普通任务切换的实测时间为：

550.33 μs

图片 4：普通任务通过时间片触发进行切换的逻辑分析仪截图

图 4：普通任务通过时间片相关路径触发调度，实测时间为 550.33 μs。

4.5 普通任务测试结果分析

在本次测试条件下，调度触发位方式的测量值比时间片触发方式低 156 μs。

这表明，在当前测试代码、调度路径和测量口径下，两种触发方式表现出不同的时间开销。

需要强调的是，调度触发位方式与时间片触发方式的触发条件不同，实际执行路径也可能不同。因此，这一差值反映的是本次测试场景下两种完整执行路径的时间差异，而不能直接视为调度触发位操作本身节省的纯内核指令时间。

五、测试三：高速任务切换

5.1 测试目的

高速任务测试进一步观察 HRTOS 高速任务之间的切换表现。

与普通任务测试不同，本组测试创建任务 ID 为 16 和 17 的高速任务，优先级参数设为 8，并使用 GPIO 信号标记任务执行位置。

测试分别观察调度触发位方式和 T0 中断触发方式下的任务切换时间。

5.2 测试代码

应用入口：

#include "hrtos_internal.h" #include "bsp_gpio.h" #include "perf_task.h" void hrtos_main(void) { os_task_create((unsigned int)task_a, 16, 8, 5); os_task_create((unsigned int)task_b, 17, 8, 5); }

高速任务 A：

void task_a(void) { while (1) { P10 = 0; TF0 = 1; // T0 中断 } }

高速任务 B：

void task_b(void) { P10 = 1; while (1) { TF0 = 1; OS_SCHED_REASON = 1; // 调度触发位 P10 = 1; } }

本组测试使用高速任务专用任务 ID，并通过任务执行中的 GPIO 操作和调度触发行为形成可观测信号。

5.3 调度触发位方式

高速任务采用调度触发位方式时，实测切换时间为：

143.5 μs

图片 5：高速任务通过调度触发位进行切换的逻辑分析仪截图

图 5：高速任务通过调度触发位触发调度，实测时间为 143.5 μs。

5.4 时间片触发方式

高速任务采用时间片触发方式时，实测切换时间为：

229.5 μs

图片 6：高速任务通过时间片触发进行切换的逻辑分析仪截图

图 6：高速任务通过时间片相关路径触发调度，实测时间为 229.5 μs。

5.5 高速任务测试结果分析

在本次测试条件下，高速任务采用调度触发位方式的测量值比时间片触发方式低 86 μs。

与普通任务测试相同，这一差异是当前测量起止点、触发机制及任务执行路径共同作用的结果，不能简单归结为某一条调度指令的耗时差异。

高速任务的测试数据表明，在当前硬件和测试程序中，两种调度触发路径具有不同的实测时间表现。

六、普通任务与高速任务的对比

将两组任务切换数据放在一起，可以更直观地观察当前测试条件下的差异。

从本次测量结果可以看到：

1. 普通任务在调度触发位测试中的测量值为 394.33 μs。

2. 高速任务在调度触发位测试中的测量值为 143.5 μs。

3. 两组测试中，调度触发位方式的测量值均低于时间片触发方式。

4. 高速任务与普通任务在当前测试程序中的测量结果存在明显差异。

这些结果说明，任务类型、调度触发机制和具体执行路径都是分析 RTOS 时间性能时需要关注的因素。

但应当注意，以上结果是特定测试场景下的观测值。若要严格比较不同任务类型的纯上下文切换开销，还需要统一测量起点和终点、GPIO 操作位置、触发条件、编译优化设置及其他运行条件，并尽量隔离测试代码自身的影响。

七、关于实测数据的说明

本次测试采用逻辑分析仪观察真实硬件上的 GPIO 信号变化，其价值在于能够直接验证程序在目标芯片上的实际执行表现。

不过，一次测量得到的时间值不等于经过充分验证的最坏执行时间，也不自动代表严格的硬实时保证。

如果后续需要进一步分析 HRTOS 的最坏情况执行时间，还需要考虑中断干扰、临界区、不同任务状态、不同调度路径以及具体编译结果等因素，并通过更系统的测试和分析建立证据。

因此，本文重点呈现当前硬件测试条件下的实测结果，而不是将这些数值直接推广为所有应用场景下的性能承诺。

八、总结

本次对 HRTOS 4.0 进行了启动时间、首个任务启动时间、普通任务切换和高速任务切换测试，主要结果如下：

• 上电至进入hrtos_main()：347.21 ms。

• hrtos_main()至首个任务执行：11.025 ms。

• 普通任务切换：调度触发位方式 394.33 μs，时间片触发方式 550.33 μs。

• 高速任务切换：调度触发位方式 143.5 μs，时间片触发方式 229.5 μs。

通过逻辑分析仪，可以将 HRTOS 的部分运行行为转化为可观察、可记录的硬件时间数据，为后续性能优化和内核行为验证提供依据。

对于嵌入式实时操作系统而言，性能不仅需要通过代码和设计进行分析，也需要在实际目标硬件上进行测量和验证。后续工作将继续围绕实际运行表现、内核行为和工程可靠性展开。

HRTOS 4.0：以真实硬件测试为依据，持续打磨 8051 实时操作系统的工程能力。