教程: 建立一个属于自己的AVR的RTOS (作者:hjc800323)
序序
自从03年以来,对单片机的RTOS的学习和应用的热潮可谓一浪高过一浪.03年,在离开校园前的,非典的那几个月,在华师的后门那里买了本邵贝贝的《UCOSII》,通读了几次,没有实验器材,也不了了之。
在21IC上,大家都可以看到杨屹写的关于UCOSII在51上的移植,于是掀起了51上的RTOS的热潮。
再后来,陈明计先生推出的small rots,展示了一个用在51上的微内核,足以在52上进行任务调度。
前段时间,在ouravr上面开有专门关于AVR的Rtos的专栏,并且不少的兄弟把自己的作品拿出来,着实开了不少眼界。这时,我重新回顾了使用单片机的经历,觉得很有必要,从根本上对单片机的RTOS的知识进行整理,于是,我开始了编写一个用在AVR单片机的RTOS。
当时,我所有的知识和资源有:
Proteus6.7 可以用来模拟仿真avr系列的单片机
WinAVR v2.0.5.48基于GCC AVR的编译环境,好处在于可以在C语言中插入asm的语句
mega81K的ram有8K的rom,是开发8位的RTOS的一个理想的器件,并且我对它也比较熟悉。
写UCOS的Jean J.Labrosse在他的书上有这样一句话,“渐渐地,我自然会想到,写个实时内核直有那么难吗?不就是不断地保存,恢复CPU的那些寄存器嘛。”
好了,当这一切准备好后,我们就可以开始我们的Rtos for mega8的实验之旅了。
本文列出的例子,全部完整可用。只需要一个文件就可以编译了。我相信,只要适当可用,最简单的就是最好的,这样可以排除一些不必要的干扰,让大家专注到每一个过程的学习。
第一篇:函数的运行
第一篇:函数的运行
在一般的单片机系统中,是以前后台的方式(大循环+中断)来处理数据和作出反应的。
例子如下:
makefile的设定:运行WinAvr中的Mfile,设定如下
MCU Type: mega8
Optimization level: s
Debug format :AVR-COFF
C/C++ source file: 选译要编译的C文件
#include <avr/io.h>
void fun1(void)
{
unsigned char i=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01<<(i%8);
}
}
int main(void)
{
fun1();
}
首先,提出一个问题:如果要调用一个函数,真是只能以上面的方式进行吗?
相信学习过C语言的各位会回答,No!我们还有一种方式,就是“用函数指针变量调用函数”,如果大家都和我一样,当初的教科书是谭浩强先生的《C程序设计》的话,请找回书的第9.5节。
例子:用函数指针变量调用函数
#include <avr/io.h>
void fun1(void)
{
unsigned char i=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01<<(i%8);
}
}
void (*pfun)();//指向函数的指针
int main(void)
{
pfun=fun1; //
(*pfun)(); //运行指针所指向的函数
}
第二种,是“把指向函数的指针变量作函数参数”
#include <avr/io.h>
void fun1(void)
{
unsigned char i=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01<<(i%8);
}
}
void RunFun(void (*pfun)())//获得了要传递的函数的地址
{
(*pfun)(); //在RunFun中,运行指针所指向的函数
}
int main(void)
{
RunFun(fun1); //将函数的指针作为变量传递
}
看到上面的两种方式,很多人可能会说,“这的确不错”,但是这样与我们想要的RTOS,有什么关系呢?各位请细心向下看。
以下是GCC对上面的代码的编译的情况:
对main()中的RunFun(fun1); 的编译如下
ldi r24,lo8(pm(fun1))
ldi r25,hi8(pm(fun1))
rcall RunFun
对void RunFun(void (*pfun)())的编译如下
/*void RunFun(void (*pfun)())*/
/*(*pfun)();*/
.LM6:
movw r30,r24
icall
ret
在调用void RunFun(void (*pfun)())的时候,的确可以把fun1的地址通过r24和r25传递给RunFun()。但是,RTOS如何才能有效地利用函数的地址呢? 第二篇: 人工堆栈
在单片机的指令集中,一类指令是专门与堆栈和PC指针打道的,它们是
rcall 相对调用子程序指令
icall 间接调用子程序指令
ret 子程序返回指令
reti 中断返回指令
对于ret和reti,它们都可以将堆栈栈顶的两个字节被弹出来送入程序计数器PC中,一般用来从子程序或中断中退出。其中reti还可以在退出中断时,重开全局中断使能。
有了这个基础,就可以建立我们的人工堆栈了。
例:
#include <avr/io.h>
void fun1(void)
{
unsigned char i=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01<<(i%8);
}
}
unsigned char Stack; //建立一个100字节的人工堆栈
void RunFunInNewStack(void (*pfun)(),unsigned char *pStack)
{
*pStack--=(unsigned int)pfun>>8; //将函数的地址高位压入堆栈,
*pStack--=(unsigned int)pfun; //将函数的地址低位压入堆栈,
SP=pStack; //将堆栈指针指向人工堆栈的栈顶
__asm__ __volatile__("RET
\t"); //返回并开中断,开始运行fun1()
}
int main(void)
{
RunFunInNewStack(fun1,&Stack);
}
RunFunInNewStack(),将指向函数的指针的值保存到一个unsignedchar的数组Stack中,作为人工堆栈。并且将栈顶的数值传递组堆栈指针SP,因此当用"ret"返回时,从SP中恢复到PC中的值,就变为了指向fun1()的地址,开始运行fun1().
上面例子中在RunFunInNewStack()的最后一句嵌入了汇编代码 "ret",实际上是可以去除的。因为在RunFunInNewStack()返回时,编译器已经会加上"ret"。我特意写出来,是为了让大家看到用"ret"作为返回后运行fun1()的过程。
第三篇:GCC中对寄存器的分配与使用
在很多用于AVR的RTOS中,都会有任务调度时,插入以下的语句:
入栈:
__asm__ __volatile__("PUSH R0
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R1
\t");
......
__asm__ __volatile__("PUSH R31
\t");
出栈
__asm__ __volatile__("POPR31
\t");
......
__asm__ __volatile__("POPR1
\t");
__asm__ __volatile__("POPR0
\t");
通常大家都会认为,在任务调度开始时,当然要将所有的通用寄存器都保存,并且还应该保存程序状态寄存器SREG。然后再根据相反的次序,将新任务的寄存器的内容恢复。
但是,事实真的是这样吗?如果大家看过陈明计先生写的small rots51,就会发现,它所保存的通用寄存器不过是4组通用寄存器中的1组。
在Win AVR中的帮助文件 avr-libc Manual中的Related Pages中的Frequently Asked Questions,其实有一个问题是"What registers are used by the C compiler?"回答了编译器所需要占用的寄存器。一般情况下,编译器会先用到以下寄存器
1 Call-used registers (r18-r27, r30-r31): 调用函数时作为参数传递,也就是用得最多的寄存器。
2 Call-saved registers (r2-r17, r28-r29): 调用函数时作为结果传递,当中的r28和r29可能会被作为指向堆栈上的变量的指针。
3 Fixed registers (r0, r1): 固定作用。r0用于存放临时数据,r1用于存放0。
还有另一个问题是"How to permanently bind a variable to a register?",是将变量绑定到通用寄存器的方法。而且我发现,如果将某个寄存器定义为变量,编译器就会不将该寄存器分配作其它用途。这对RTOS是很重要的。
在"Inline Asm"中的"C Names Used in Assembler Code"明确表示,如果将太多的通用寄存器定义为变量,刚在编译的过程中,被定义的变量依然可能被编译器占用。
大家可以比较以下两个例子,看看编译器产生的代码:(在*.lst文件中)
第一个例子:没有定义通用寄存器为变量
#include <avr/io.h>
unsigned char add(unsigned char b,unsigned char c,unsigned char d)
{
return b+c*d;
}
int main(void)
{
unsigned char a=0;
while(1)
{
a++;
PORTB=add(a,a,a);
}
}
在本例中,"add(a,a,a);"被编译如下:
mov r20,r28
mov r22,r28
mov r24,r28
rcall add
第二个例子:定义通用寄存器为变量
#include <avr/io.h>
unsigned char add(unsigned char b,unsigned char c,unsigned char d)
{
return b+c*d;
}
register unsigned char a asm("r20");//将r20定义为 变量a
int main(void)
{
while(1)
{
a++;
PORTB=add(a,a,a);
}
}
在本例中,"add(a,a,a);"被编译如下:
mov r22,r20
mov r24,r20
rcall add
当然,在上面两个例子中,有部份代码被编译器优化了。
通过反复测试,发现编译器一般使用如下寄存器:
第1类寄存器,第2类寄存器的r28,r29,第3类寄存器
如在中断函数中有调用基它函数,刚会在进入中断后,固定地将第1类寄存器和第3类寄存器入栈,在退出中断又将它们出栈。 第四篇:只有延时服务的协作式的内核
Cooperative Multitasking
前后台系统,协作式内核系统,与占先式内核系统,有什么不同呢?
记得在21IC上看过这样的比喻,“你(小工)在用厕所,经理在外面排第一,老板在外面排第二。如果是前后台,不管是谁,都必须按排队的次序使用厕所;如果是协作式,那么可以等你用完厕所,老板就要比经理先进入;如果是占先式,只要有更高级的人在外面等,那么厕所里无论是谁,都要第一时间让出来,让最高级别的人先用。”
#include <avr/io.h>
#include <avr/Interrupt.h>
#include <avr/signal.h>
unsigned char Stack;
register unsigned char OSRdyTbl asm("r2"); //任务运行就绪表
register unsigned char OSTaskRunningPrio asm("r3"); //正在运行的任务
#define OS_TASKS 3 //设定运行任务的数量
struct TaskCtrBlock //任务控制块
{
unsigned int OSTaskStackTop;//保存任务的堆栈顶
unsigned int OSWaitTick; //任务延时时钟
} TCB;
//防止被编译器占用
register unsigned char tempR4asm("r4");
register unsigned char tempR5asm("r5");
register unsigned char tempR6asm("r6");
register unsigned char tempR7asm("r7");
register unsigned char tempR8asm("r8");
register unsigned char tempR9asm("r9");
register unsigned char tempR10 asm("r10");
register unsigned char tempR11 asm("r11");
register unsigned char tempR12 asm("r12");
register unsigned char tempR13 asm("r13");
register unsigned char tempR14 asm("r14");
register unsigned char tempR15 asm("r15");
register unsigned char tempR16 asm("r16");
register unsigned char tempR16 asm("r17");
//建立任务
void OSTaskCreate(void (*Task)(void),unsigned char *Stack,unsigned char TaskID)
{
unsigned char i;
*Stack--=(unsigned int)Task>>8; //将任务的地址高位压入堆栈,
*Stack--=(unsigned int)Task; //将任务的地址低位压入堆栈,
*Stack--=0x00; //R1 __zero_reg__
*Stack--=0x00; //R0 __tmp_reg__
*Stack--=0x80; //SREG 在任务中,开启全局中断
for(i=0;i<14;i++) //在 avr-libc 中的 FAQ中的 What registers are used by the C compiler?
*Stack--=i; //描述了寄存器的作用
TCB.OSTaskStackTop=(unsigned int)Stack; //将人工堆栈的栈顶,保存到堆栈的数组中
OSRdyTbl|=0x01<<TaskID; //任务就绪表已经准备好
}
//开始任务调度,从最低优先级的任务的开始
void OSStartTask()
{
OSTaskRunningPrio=OS_TASKS;
SP=TCB.OSTaskStackTop+17;
__asm__ __volatile__( "reti" "
\t");
}
//进行任务调度
void OSSched(void)
{
//根据中断时保存寄存器的次序入栈,模拟一次中断后,入栈的情况
__asm__ __volatile__("PUSH __zero_reg__
\t");//R1
__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__
\t");//R0
__asm__ __volatile__("IN __tmp_reg__,__SREG__
\t");//保存状态寄存器SREG
__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__
\t");
__asm__ __volatile__("CLR__zero_reg__
\t");//R0重新清零
__asm__ __volatile__("PUSH R18
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R19
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R20
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R21
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R22
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R23
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R24
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R25
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R26
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R27
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R30
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R31
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R28
\t");//R28与R29用于建立在堆栈上的指针
__asm__ __volatile__("PUSH R29
\t");//入栈完成
TCB.OSTaskStackTop=SP; //将正在运行的任务的堆栈底保存
unsigned char OSNextTaskID; //在现有堆栈上开设新的空间
for (OSNextTaskID = 0; //进行任务调度
OSNextTaskID < OS_TASKS && !(OSRdyTbl & (0x01<<OSNextTaskID));
OSNextTaskID++);
OSTaskRunningPrio = OSNextTaskID ;
cli();//保护堆栈转换
SP=TCB.OSTaskStackTop;
sei();
//根据中断时的出栈次序
__asm__ __volatile__("POPR29
\t");
__asm__ __volatile__("POPR28
\t");
__asm__ __volatile__("POPR31
\t");
__asm__ __volatile__("POPR30
\t");
__asm__ __volatile__("POPR27
\t");
__asm__ __volatile__("POPR26
\t");
__asm__ __volatile__("POPR25
\t");
__asm__ __volatile__("POPR24
\t");
__asm__ __volatile__("POPR23
\t");
__asm__ __volatile__("POPR22
\t");
__asm__ __volatile__("POPR21
\t");
__asm__ __volatile__("POPR20
\t");
__asm__ __volatile__("POPR19
\t");
__asm__ __volatile__("POPR18
\t");
__asm__ __volatile__("POP__tmp_reg__
\t"); //SERG 出栈并恢复
__asm__ __volatile__("OUT__SREG__,__tmp_reg__
\t"); //
__asm__ __volatile__("POP__tmp_reg__
\t"); //R0 出栈
__asm__ __volatile__("POP__zero_reg__
\t"); //R1 出栈
//中断时出栈完成
}
void OSTimeDly(unsigned int ticks)
{
if(ticks) //当延时有效
{
OSRdyTbl &= ~(0x01<<OSTaskRunningPrio);
TCB.OSWaitTick=ticks;
OSSched(); //从新调度
}
}
void TCN0Init(void) // 计时器0
{
TCCR0 = 0;
TCCR0 |= (1<<CS02);// 256预分频
TIMSK |= (1<<TOIE0); // T0溢出中断允许
TCNT0 = 100; // 置计数起始值
}
SIGNAL(SIG_OVERFLOW0)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<OS_TASKS;i++) //任务时钟
{
if(TCB.OSWaitTick)
{
TCB.OSWaitTick--;
if(TCB.OSWaitTick==0) //当任务时钟到时,必须是由定时器减时的才行
{
OSRdyTbl |= (0x01<<i); //使任务在就绪表中置位
}
}
}
TCNT0=100;
}
void Task0()
{
unsigned int j=0;
while(1)
{
PORTB=j++;
OSTimeDly(2);
}
}
void Task1()
{
unsigned int j=0;
while(1)
{
PORTC=j++;
OSTimeDly(4);
}
}
void Task2()
{
unsigned int j=0;
while(1)
{
PORTD=j++;
OSTimeDly(8);
}
}
void TaskScheduler()
{
while(1)
{
OSSched(); //反复进行调度
}
}
int main(void)
{
TCN0Init();
OSRdyTbl=0;
OSTaskRunningPrio=0;
OSTaskCreate(Task0,&Stack,0);
OSTaskCreate(Task1,&Stack,1);
OSTaskCreate(Task2,&Stack,2);
OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack,OS_TASKS);
OSStartTask();
}
在上面的例子中,一切变得很简单,三个正在运行的主任务,都通过延时服务,主动放弃对CPU的控制权。
在时间中断中,对各个任务的的延时进行计时,如果某个任务的延时结束,将任务重新在就绪表中置位。
最低级的系统任务TaskScheduler(),在三个主任务在放弃对CPU的控制权后开始不断地进行调度。如果某个任务在就绪表中置位,通过调度,进入最高级别的任务中继续运行。 第五篇: 完善的协作式的内核
现在为上面的协作式内核添加一些OS中所必须的服务:
1挂起和重新运行任务
2信号量(在必要时候,可以扩展成邮箱和信息队列)
3延时
#include <avr/io.h>
#include <avr/Interrupt.h>
#include <avr/signal.h>
unsigned char Stack;
register unsigned char OSRdyTbl asm("r2"); //任务运行就绪表
register unsigned char OSTaskRunningPrio asm("r3"); //正在运行的任务
#define OS_TASKS 3 //设定运行任务的数量
struct TaskCtrBlock
{
unsigned int OSTaskStackTop;//保存任务的堆栈顶
unsigned int OSWaitTick; //任务延时时钟
} TCB;
//防止被编译器占用
register unsigned char tempR4asm("r4");
register unsigned char tempR5asm("r5");
register unsigned char tempR6asm("r6");
register unsigned char tempR7asm("r7");
register unsigned char tempR8asm("r8");
register unsigned char tempR9asm("r9");
register unsigned char tempR10 asm("r10");
register unsigned char tempR11 asm("r11");
register unsigned char tempR12 asm("r12");
register unsigned char tempR13 asm("r13");
register unsigned char tempR14 asm("r14");
register unsigned char tempR15 asm("r15");
register unsigned char tempR16 asm("r16");
register unsigned char tempR16 asm("r17");
//建立任务
void OSTaskCreate(void (*Task)(void),unsigned char *Stack,unsigned char TaskID)
{
unsigned char i;
*Stack--=(unsigned int)Task>>8; //将任务的地址高位压入堆栈,
*Stack--=(unsigned int)Task; //将任务的地址低位压入堆栈,
*Stack--=0x00; //R1 __zero_reg__
*Stack--=0x00; //R0 __tmp_reg__
*Stack--=0x80;
//SREG 在任务中,开启全局中断
for(i=0;i<14;i++) //在 avr-libc 中的 FAQ中的 What registers are used by the C compiler?
*Stack--=i; //描述了寄存器的作用
TCB.OSTaskStackTop=(unsigned int)Stack; //将人工堆栈的栈顶,保存到堆栈的数组中
OSRdyTbl|=0x01<<TaskID; //任务就绪表已经准备好
}
//开始任务调度,从最低优先级的任务的开始
void OSStartTask()
{
OSTaskRunningPrio=OS_TASKS;
SP=TCB.OSTaskStackTop+17;
__asm__ __volatile__( "reti" "
\t");
}
//进行任务调度
void OSSched(void)
{
//根据中断时保存寄存器的次序入栈,模拟一次中断后,入栈的情况
__asm__ __volatile__("PUSH __zero_reg__
\t");//R1
__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__
\t");//R0
__asm__ __volatile__("IN __tmp_reg__,__SREG__
\t");//保存状态寄存器SREG
__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__
\t");
__asm__ __volatile__("CLR__zero_reg__
\t");//R0重新清零
__asm__ __volatile__("PUSH R18
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R19
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R20
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R21
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R22
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R23
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R24
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R25
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R26
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R27
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R30
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R31
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R28
\t");//R28与R29用于建立在堆栈上的指针
__asm__ __volatile__("PUSH R29
\t");//入栈完成
TCB.OSTaskStackTop=SP; //将正在运行的任务的堆栈底保存
unsigned char OSNextTaskID; //在现有堆栈上开设新的空间
for (OSNextTaskID = 0; //进行任务调度
OSNextTaskID < OS_TASKS && !(OSRdyTbl & (0x01<<OSNextTaskID));
OSNextTaskID++);
OSTaskRunningPrio = OSNextTaskID ;
cli();//保护堆栈转换
SP=TCB.OSTaskStackTop;
sei();
//根据中断时的出栈次序
__asm__ __volatile__("POPR29
\t");
__asm__ __volatile__("POPR28
\t");
__asm__ __volatile__("POPR31
\t");
__asm__ __volatile__("POPR30
\t");
__asm__ __volatile__("POPR27
\t");
__asm__ __volatile__("POPR26
\t");
__asm__ __volatile__("POPR25
\t");
__asm__ __volatile__("POPR24
\t");
__asm__ __volatile__("POPR23
\t");
__asm__ __volatile__("POPR22
\t");
__asm__ __volatile__("POPR21
\t");
__asm__ __volatile__("POPR20
\t");
__asm__ __volatile__("POPR19
\t");
__asm__ __volatile__("POPR18
\t");
__asm__ __volatile__("POP__tmp_reg__
\t"); //SERG 出栈并恢复
__asm__ __volatile__("OUT__SREG__,__tmp_reg__
\t"); //
__asm__ __volatile__("POP__tmp_reg__
\t"); //R0 出栈
__asm__ __volatile__("POP__zero_reg__
\t"); //R1 出栈
//中断时出栈完成
}
////////////////////////////////////////////任务处理
//挂起任务
void OSTaskSuspend(unsigned char prio)
{
TCB.OSWaitTick=0;
OSRdyTbl &= ~(0x01<<prio); //从任务就绪表上去除标志位
if(OSTaskRunningPrio==prio)//当要挂起的任务为当前任务
OSSched(); //从新调度
}
//恢复任务 可以让被OSTaskSuspend或 OSTimeDly暂停的任务恢复
void OSTaskResume(unsigned char prio)
{
OSRdyTbl |= 0x01<<prio; //从任务就绪表上重置标志位
TCB.OSWaitTick=0; //将时间计时设为0,到时
if(OSTaskRunningPrio>prio) //当要当前任务的优先级低于重置位的任务的优先级
OSSched(); //从新调度 //从新调度
}
// 任务延时
void OSTimeDly(unsigned int ticks)
{
if(ticks) //当延时有效
{
OSRdyTbl &= ~(0x01<<OSTaskRunningPrio);
TCB.OSWaitTick=ticks;
OSSched(); //从新调度
}
}
//信号量
struct SemBlk
{
unsigned char OSEventType; //型号 0,信号量独占型;1信号量共享型
unsigned char OSEventState; //状态 0,不可用;1,可用
unsigned char OSTaskPendTbl; //等待信号量的任务列表
} Sem;
//初始化信号量
void OSSemCreat(unsigned char Index,unsigned char Type)
{
Sem.OSEventType=Type;//型号 0,信号量独占型;1信号量共享型
Sem.OSTaskPendTbl=0;
Sem.OSEventState=0;
}
//任务等待信号量,挂起
unsigned char OSTaskSemPend(unsigned char Index,unsigned int Timeout)
{
//unsigned char i=0;
if(Sem.OSEventState) //信号量有效
{
if(Sem.OSEventType==0) //如果为独占型
Sem.OSEventState = 0x00; //信号量被独占,不可用
}
else
{ //加入信号的任务等待表
Sem.OSTaskPendTbl |= 0x01<<OSTaskRunningPrio;
OSRdyTbl &= ~(0x01<<OSTaskRunningPrio);//从任务就绪表中去除
TCB.OSWaitTick=Timeout; //如延时为0,刚无限等待
OSSched(); //从新调度
if(TCB.OSWaitTick==0) return 0;
}
return 1;
}
//发送一个信号量,可以从任务或中断发送
void OSSemPost(unsigned char Index)
{
if(Sem.OSEventType) //当要求的信号量是共享型
{
Sem.OSEventState=0x01; //使信号量有效
OSRdyTbl |=Sem .OSTaskPendTbl; //使在等待该信号的所有任务就绪
Sem.OSTaskPendTbl=0; //清空所有等待该信号的等待任务
}
else //当要求的信号量为独占型
{
unsigned char i;
for (i = 0; i < OS_TASKS && !(Sem.OSTaskPendTbl & (0x01<<i));i++);
if(i < OS_TASKS) //如果有任务需要
{
Sem.OSTaskPendTbl &= ~(0x01<<i); //从等待表中去除
OSRdyTbl |= 0x01<<i; //任务就绪
}
else
{
Sem.OSEventState =1; //使信号量有效
}
}
}
//从任务发送一个信号量,并进行调度
void OSTaskSemPost(unsigned char Index)
{
OSSemPost(Index);
OSSched();
}
//清除一个信号量,只对共享型的有用。
//对于独占型的信号量,在任务占用后,就交得不可以用了。
void OSSemClean(unsigned char Index)
{
Sem.OSEventState =0; //要求的信号量无效
}
void TCN0Init(void) // 计时器0
{
TCCR0 = 0;
TCCR0 |= (1<<CS02);// 256预分频
TIMSK |= (1<<TOIE0); // T0溢出中断允许
TCNT0 = 100; // 置计数起始值
}
SIGNAL(SIG_OVERFLOW0)
{
unsigned char i;
for(i=0;i<OS_TASKS;i++) //任务时钟
{
if(TCB.OSWaitTick)
{
TCB.OSWaitTick--;
if(TCB.OSWaitTick==0) //当任务时钟到时,必须是由定时器减时的才行
{
OSRdyTbl |= (0x01<<i); //使任务在就绪表中置位
}
}
}
TCNT0=100;
}
void Task0()
{
unsigned int j=0;
while(1)
{
PORTB=j++;
OSTaskSuspend(1); //挂起任务1
OSTaskSemPost(0);
OSTimeDly(50);
OSTaskResume(1); //恢复任务1
OSSemClean(0);
OSTimeDly(50);
}
}
void Task1()
{
unsigned int j=0;
while(1)
{
PORTC=j++;
OSTimeDly(5);
}
}
void Task2()
{
unsigned int j=0;
while(1)
{
OSTaskSemPend(0,10);
PORTD=j++;
OSTimeDly(5);
}
}
void TaskScheduler()
{
while(1)
{
OSSched(); //反复进行调度
}
}
int main(void)
{
TCN0Init();
OSRdyTbl=0;
OSSemCreat(0,1);//将信号量设为共享型
OSTaskCreate(Task0,&Stack,0);
OSTaskCreate(Task1,&Stack,1);
OSTaskCreate(Task2,&Stack,2);
OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack,OS_TASKS);
OSStartTask();
} 第六篇:时间片轮番调度法的内核
Round-Robin Sheduling
时间片轮调法是非常有趣的。本篇中的例子,建立了3个任务,任务没有优先级,在时间中断的调度下,每个任务都轮流运行相同的时间。如果在内核中没有加入其它服务,感觉上就好像是有三个大循环在同时运行。
本例只是提供了一个用时间中断进行调度的内核,大家可以根据自己的需要,添加相应的服务。
要注意到:
1,由于在时间中断内调用了任务切换函数,因为在进入中断时,已经将一系列的寄存器入栈。
2,在中断内进行调度,是直接通过"RJMP Int_OSSched"进入任务切换和调度的,这是GCC AVR的一个特点,为用C编写内核提供了极大的方便。
3,在阅读代码的同时,请对照阅读编译器产生的 *.lst文件,会对你理解例子有很大的帮助。
#include <avr/io.h>
#include <avr/Interrupt.h>
#include <avr/signal.h>
unsigned char Stack;
register unsigned char OSRdyTbl asm("r2"); //任务运行就绪表
register unsigned char OSTaskRunningPrio asm("r3"); //正在运行的任务
#define OS_TASKS 3 //设定运行任务的数量
struct TaskCtrBlock
{
unsigned int OSTaskStackTop;//保存任务的堆栈顶
unsigned int OSWaitTick; //任务延时时钟
} TCB;
//防止被编译器占用
register unsigned char tempR4asm("r4");
register unsigned char tempR5asm("r5");
register unsigned char tempR6asm("r6");
register unsigned char tempR7asm("r7");
register unsigned char tempR8asm("r8");
register unsigned char tempR9asm("r9");
register unsigned char tempR10 asm("r10");
register unsigned char tempR11 asm("r11");
register unsigned char tempR12 asm("r12");
register unsigned char tempR13 asm("r13");
register unsigned char tempR14 asm("r14");
register unsigned char tempR15 asm("r15");
register unsigned char tempR16 asm("r16");
register unsigned char tempR16 asm("r17");
//建立任务
void OSTaskCreate(void (*Task)(void),unsigned char *Stack,unsigned char TaskID)
{
unsigned char i;
*Stack--=(unsigned int)Task>>8; //将任务的地址高位压入堆栈,
*Stack--=(unsigned int)Task; //将任务的地址低位压入堆栈,
*Stack--=0x00; //R1 __zero_reg__
*Stack--=0x00; //R0 __tmp_reg__
*Stack--=0x80;
//SREG 在任务中,开启全局中断
for(i=0;i<14;i++) //在 avr-libc 中的 FAQ中的 What registers are used by the C compiler?
*Stack--=i; //描述了寄存器的作用
TCB.OSTaskStackTop=(unsigned int)Stack; //将人工堆栈的栈顶,保存到堆栈的数组中
OSRdyTbl|=0x01<<TaskID; //任务就绪表已经准备好
}
//开始任务调度,从最低优先级的任务的开始
void OSStartTask()
{
OSTaskRunningPrio=OS_TASKS;
SP=TCB.OSTaskStackTop+17;
__asm__ __volatile__( "reti" "
\t");
}
//进行任务调度
void OSSched(void)
{
//根据中断时保存寄存器的次序入栈,模拟一次中断后,入栈的情况
__asm__ __volatile__("PUSH __zero_reg__
\t");//R1
__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__
\t");//R0
__asm__ __volatile__("IN __tmp_reg__,__SREG__
\t");//保存状态寄存器SREG
__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__
\t");
__asm__ __volatile__("CLR__zero_reg__
\t");//R0重新清零
__asm__ __volatile__("PUSH R18
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R19
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R20
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R21
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R22
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R23
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R24
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R25
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R26
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R27
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R30
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R31
\t");
__asm__ __volatile__("Int_OSSched:
\t");//当中断要求调度,直接进入这里
__asm__ __volatile__("PUSH R28
\t");//R28与R29用于建立在堆栈上的指针
__asm__ __volatile__("PUSH R29
\t");//入栈完成
TCB.OSTaskStackTop=SP; //将正在运行的任务的堆栈底保存
if(++OSTaskRunningPrio>=OS_TASKS) //轮流运行各个任务,没有优先级
OSTaskRunningPrio=0;
//cli();//保护堆栈转换
SP=TCB.OSTaskStackTop;
//sei();
//根据中断时的出栈次序
__asm__ __volatile__("POPR29
\t");
__asm__ __volatile__("POPR28
\t");
__asm__ __volatile__("POPR31
\t");
__asm__ __volatile__("POPR30
\t");
__asm__ __volatile__("POPR27
\t");
__asm__ __volatile__("POPR26
\t");
__asm__ __volatile__("POPR25
\t");
__asm__ __volatile__("POPR24
\t");
__asm__ __volatile__("POPR23
\t");
__asm__ __volatile__("POPR22
\t");
__asm__ __volatile__("POPR21
\t");
__asm__ __volatile__("POPR20
\t");
__asm__ __volatile__("POPR19
\t");
__asm__ __volatile__("POPR18
\t");
__asm__ __volatile__("POP__tmp_reg__
\t"); //SERG 出栈并恢复
__asm__ __volatile__("OUT__SREG__,__tmp_reg__
\t"); //
__asm__ __volatile__("POP__tmp_reg__
\t"); //R0 出栈
__asm__ __volatile__("POP__zero_reg__
\t"); //R1 出栈
__asm__ __volatile__("RETI
\t"); //返回并开中断
//中断时出栈完成
}
void IntSwitch(void)
{
__asm__ __volatile__("POPR31
\t");//去除因调用子程序而入栈的PC
__asm__ __volatile__("POPR31
\t");
__asm__ __volatile__("RJMP Int_OSSched
\t");//重新调度
}
void TCN0Init(void) // 计时器0
{
TCCR0 = 0;
TCCR0 |= (1<<CS02);// 256预分频
TIMSK |= (1<<TOIE0); // T0溢出中断允许
TCNT0 = 100; // 置计数起始值
}
SIGNAL(SIG_OVERFLOW0)
{
TCNT0=100;
IntSwitch(); //任务调度
}
void Task0()
{
unsigned int j=0;
while(1)
{
PORTB=j++;
//OSTimeDly(50);
}
}
void Task1()
{
unsigned int j=0;
while(1)
{
PORTC=j++;
//OSTimeDly(5);
}
}
void Task2()
{
unsigned int j=0;
while(1)
{
PORTD=j++;
//OSTimeDly(5);
}
}
void TaskScheduler()
{
while(1)
{
OSSched(); //反复进行调度
}
}
int main(void)
{
TCN0Init();
OSRdyTbl=0;
OSTaskCreate(Task0,&Stack,0);
OSTaskCreate(Task1,&Stack,1);
OSTaskCreate(Task2,&Stack,2);
OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack,OS_TASKS);
OSStartTask();
} 第七篇:占先式内核(只带延时服务)
Preemptive Multitasking
当大家理解时间片轮番调度法的任务调度方式后,占先式的内核的原理,已经伸手可及了。
先想想,占先式内核是在什么地方实现任务调度的呢?对了,它在可以在任务中进行调度,这个在协作式的内核中已经做到了;同时,它也可以在中断结束后进行调度,这个问题,已经在时间片轮番调度法中已经做到了。
由于中断是可以嵌套的,只有当各层嵌套中要求调度,并且中断嵌套返回到最初进入的中断的那一层时,才能进行任务调度。
#include <avr/io.h>
#include <avr/Interrupt.h>
#include <avr/signal.h>
unsigned char Stack;
register unsigned char OSRdyTbl asm("r2"); //任务运行就绪表
register unsigned char OSTaskRunningPrio asm("r3"); //正在运行的任务
register unsigned char IntNum asm("r4");//中断嵌套计数器
//只有当中断嵌套数为0,并且有中断要求时,才能在退出中断时,进行任务调度
register unsigned char OSCoreState asm("r16"); // 系统核心标志位 ,R16 编译器没有使用
//只有大于R15的寄存器才能直接赋值 例LDI R16,0x01
//0x01 正在任务 切换0x02 有中断要求切换
#define OS_TASKS 3 //设定运行任务的数量
struct TaskCtrBlock
{
unsigned int OSTaskStackTop;//保存任务的堆栈顶
unsigned int OSWaitTick; //任务延时时钟
} TCB;
//防止被编译器占用
//register unsigned char tempR4asm("r4");
register unsigned char tempR5asm("r5");
register unsigned char tempR6asm("r6");
register unsigned char tempR7asm("r7");
register unsigned char tempR8asm("r8");
register unsigned char tempR9asm("r9");
register unsigned char tempR10 asm("r10");
register unsigned char tempR11 asm("r11");
register unsigned char tempR12 asm("r12");
register unsigned char tempR13 asm("r13");
register unsigned char tempR14 asm("r14");
register unsigned char tempR15 asm("r15");
//register unsigned char tempR16 asm("r16");
register unsigned char tempR16 asm("r17");
//建立任务
void OSTaskCreate(void (*Task)(void),unsigned char *Stack,unsigned char TaskID)
{
unsigned char i;
*Stack--=(unsigned int)Task>>8; //将任务的地址高位压入堆栈,
*Stack--=(unsigned int)Task; //将任务的地址低位压入堆栈,
*Stack--=0x00; //R1 __zero_reg__
*Stack--=0x00; //R0 __tmp_reg__
*Stack--=0x80;
//SREG 在任务中,开启全局中断
for(i=0;i<14;i++) //在 avr-libc 中的 FAQ中的 What registers are used by the C compiler?
*Stack--=i; //描述了寄存器的作用
TCB.OSTaskStackTop=(unsigned int)Stack; //将人工堆栈的栈顶,保存到堆栈的数组中
OSRdyTbl|=0x01<<TaskID; //任务就绪表已经准备好
}
//开始任务调度,从最低优先级的任务的开始
void OSStartTask()
{
OSTaskRunningPrio=OS_TASKS;
SP=TCB.OSTaskStackTop+17;
__asm__ __volatile__( "reti" "
\t");
}
//进行任务调度
void OSSched(void)
{
__asm__ __volatile__("LDIR16,0x01
\t");
//清除中断要求任务切换的标志位,设置正在任务切换标志位
__asm__ __volatile__("SEI
\t");
//开中断,因为如果因中断在任务调度中进行,要重新进行调度时,已经关中断
//根据中断时保存寄存器的次序入栈,模拟一次中断后,入栈的情况
__asm__ __volatile__("PUSH __zero_reg__
\t");//R1
__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__
\t");//R0
__asm__ __volatile__("IN __tmp_reg__,__SREG__
\t");//保存状态寄存器SREG
__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__
\t");
__asm__ __volatile__("CLR__zero_reg__
\t");//R0重新清零
__asm__ __volatile__("PUSH R18
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R19
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R20
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R21
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R22
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R23
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R24
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R25
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R26
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R27
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R30
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R31
\t");
__asm__ __volatile__("Int_OSSched:
\t");//当中断要求调度,直接进入这里
__asm__ __volatile__("SEI
\t");
//开中断,因为如果因中断在任务调度中进行,已经关中断
__asm__ __volatile__("PUSH R28
\t");//R28与R29用于建立在堆栈上的指针
__asm__ __volatile__("PUSH R29
\t");//入栈完成
TCB.OSTaskStackTop=SP; //将正在运行的任务的堆栈底保存
unsigned char OSNextTaskPrio; //在现有堆栈上开设新的空间
for (OSNextTaskPrio = 0; //进行任务调度
OSNextTaskPrio < OS_TASKS && !(OSRdyTbl & (0x01<<OSNextTaskPrio));
OSNextTaskPrio++);
OSTaskRunningPrio = OSNextTaskPrio ;
cli();//保护堆栈转换
SP=TCB.OSTaskStackTop;
sei();
//根据中断时的出栈次序
__asm__ __volatile__("POPR29
\t");
__asm__ __volatile__("POPR28
\t");
__asm__ __volatile__("POPR31
\t");
__asm__ __volatile__("POPR30
\t");
__asm__ __volatile__("POPR27
\t");
__asm__ __volatile__("POPR26
\t");
__asm__ __volatile__("POPR25
\t");
__asm__ __volatile__("POPR24
\t");
__asm__ __volatile__("POPR23
\t");
__asm__ __volatile__("POPR22
\t");
__asm__ __volatile__("POPR21
\t");
__asm__ __volatile__("POPR20
\t");
__asm__ __volatile__("POPR19
\t");
__asm__ __volatile__("POPR18
\t");
__asm__ __volatile__("POP__tmp_reg__
\t"); //SERG 出栈并恢复
__asm__ __volatile__("OUT__SREG__,__tmp_reg__
\t"); //
__asm__ __volatile__("POP__tmp_reg__
\t"); //R0 出栈
__asm__ __volatile__("POP__zero_reg__
\t"); //R1 出栈
//中断时出栈完成
__asm__ __volatile__("CLI
\t");//关中断
__asm__ __volatile__("SBRC R16,1
\t");//SBRC当寄存器位为0刚跳过下一条指令
//检查是在调度时,是否有中断要求任务调度 0x02是中断要求调度的标志位
__asm__ __volatile__("RJMP OSSched
\t");//重新调度
__asm__ __volatile__("LDIR16,0x00
\t");
//清除中断要求任务切换的标志位,清除正在任务切换标志位
__asm__ __volatile__("RETI
\t"); //返回并开中断
}
//从中断退出并进行调度
void IntSwitch(void)
{
//当中断无嵌套,并且没有在切换任务的过程中,直接进行任务切换
if(OSCoreState == 0x02 && IntNum==0)
{
//进入中断时,已经保存了SREG和R0,R1,R18~R27,R30,R31
__asm__ __volatile__("POPR31
\t");//去除因调用子程序而入栈的PC
__asm__ __volatile__("POPR31
\t");
__asm__ __volatile__("LDIR16,0x01
\t");
//清除中断要求任务切换的标志位,设置正在任务切换标志位
__asm__ __volatile__("RJMP Int_OSSched
\t");//重新调度
}
}
// 任务延时
void OSTimeDly(unsigned int ticks)
{
if(ticks) //当延时有效
{
OSRdyTbl &= ~(0x01<<OSTaskRunningPrio);
TCB.OSWaitTick=ticks;
OSSched(); //从新调度
}
}
void TCN0Init(void) // 计时器0
{
TCCR0 = 0;
TCCR0 |= (1<<CS02);// 256预分频
TIMSK |= (1<<TOIE0); // T0溢出中断允许
TCNT0 = 100; // 置计数起始值
}
SIGNAL(SIG_OVERFLOW0)
{
IntNum++; //中断嵌套+1
sei();//在中断中,重开中断
unsigned char i,j=0;
for(i=0;i<OS_TASKS;i++) //任务时钟
{
if(TCB.OSWaitTick)
{
TCB.OSWaitTick--;
if(TCB.OSWaitTick==0) //当任务时钟到时,必须是由定时器减时的才行
{
OSRdyTbl |= (0x01<<i); //使任务可以重新运行
OSCoreState|=0x02; //要求任务切换的标志位
}
}
}
TCNT0=100;
cli();
IntNum--; //中断嵌套-1
IntSwitch(); //进行任务调度
}
void Task0()
{
unsigned int j=0;
while(1)
{
PORTB=j++;
OSTimeDly(50);
}
}
void Task1()
{
unsigned int j=0;
while(1)
{
PORTC=j++;
OSTimeDly(20);
}
}
void Task2()
{
unsigned int j=0;
while(1)
{
PORTD=j++;
OSTimeDly(5);
}
}
void TaskScheduler()
{
OSSched();
while(1)
{
//OSSched(); //反复进行调度
}
}
int main(void)
{
TCN0Init();
OSRdyTbl=0;
IntNum=0;
OSTaskCreate(Task0,&Stack,0);
OSTaskCreate(Task1,&Stack,1);
OSTaskCreate(Task2,&Stack,2);
OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack,OS_TASKS);
OSStartTask();
} 第八篇:占先式内核(完善的服务)
如果将前面所提到的占先式内核和协作式内核组合在一起,很容易就可以得到一个功能较为完善的占先式内核,它的功能有:
1,挂起和恢复任务
2,任务延时
3,信号量(包括共享型和独占型)
另外,在本例中,在各个任务中加入了从串口发送任务状态的功能。
#include <avr/io.h>
#include <avr/Interrupt.h>
#include <avr/signal.h>
unsigned char Stack;
register unsigned char OSRdyTbl asm("r2"); //任务运行就绪表
register unsigned char OSTaskRunningPrio asm("r3"); //正在运行的任务
register unsigned char IntNum asm("r4"); //中断嵌套计数器
//只有当中断嵌套数为0,并且有中断要求时,才能在退出中断时,进行任务调度
register unsigned char OSCoreState asm("r16"); // 系统核心标志位 ,R16 编译器没有使用
//只有大于R15的寄存器才能直接赋值 例LDI R16,0x01
//0x01 正在任务 切换0x02 有中断要求切换
#define OS_TASKS 3 //设定运行任务的数量
struct TaskCtrBlock
{
unsigned int OSTaskStackTop;//保存任务的堆栈顶
unsigned int OSWaitTick; //任务延时时钟
} TCB;
//防止被编译器占用
//register unsigned char tempR4asm("r4");
register unsigned char tempR5asm("r5");
register unsigned char tempR6asm("r6");
register unsigned char tempR7asm("r7");
register unsigned char tempR8asm("r8");
register unsigned char tempR9asm("r9");
register unsigned char tempR10 asm("r10");
register unsigned char tempR11 asm("r11");
register unsigned char tempR12 asm("r12");
register unsigned char tempR13 asm("r13");
register unsigned char tempR14 asm("r14");
register unsigned char tempR15 asm("r15");
//register unsigned char tempR16 asm("r16");
register unsigned char tempR16 asm("r17");
//建立任务
void OSTaskCreate(void (*Task)(void),unsigned char *Stack,unsigned char TaskID)
{
unsigned char i;
*Stack--=(unsigned int)Task>>8; //将任务的地址高位压入堆栈,
*Stack--=(unsigned int)Task; //将任务的地址低位压入堆栈,
*Stack--=0x00; //R1 __zero_reg__
*Stack--=0x00; //R0 __tmp_reg__
*Stack--=0x80;
//SREG 在任务中,开启全局中断
for(i=0;i<14;i++) //在 avr-libc 中的 FAQ中的 What registers are used by the C compiler?
*Stack--=i; //描述了寄存器的作用
TCB.OSTaskStackTop=(unsigned int)Stack; //将人工堆栈的栈顶,保存到堆栈的数组中
OSRdyTbl|=0x01<<TaskID; //任务就绪表已经准备好
}
//开始任务调度,从最低优先级的任务的开始
void OSStartTask()
{
OSTaskRunningPrio=OS_TASKS;
SP=TCB.OSTaskStackTop+17;
__asm__ __volatile__( "reti" "
\t");
}
//进行任务调度
void OSSched(void)
{
__asm__ __volatile__("LDIR16,0x01
\t");
//清除中断要求任务切换的标志位,设置正在任务切换标志位
__asm__ __volatile__("SEI
\t");
//开中断,因为如果因中断在任务调度中进行,要重新进行调度时,已经关中断
//根据中断时保存寄存器的次序入栈,模拟一次中断后,入栈的情况
__asm__ __volatile__("PUSH __zero_reg__
\t");//R1
__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__
\t");//R0
__asm__ __volatile__("IN __tmp_reg__,__SREG__
\t");//保存状态寄存器SREG
__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__
\t");
__asm__ __volatile__("CLR__zero_reg__
\t");//R0重新清零
__asm__ __volatile__("PUSH R18
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R19
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R20
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R21
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R22
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R23
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R24
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R25
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R26
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R27
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R30
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R31
\t");
__asm__ __volatile__("Int_OSSched:
\t");//当中断要求调度,直接进入这里
__asm__ __volatile__("SEI
\t");
//开中断,因为如果因中断在任务调度中进行,已经关中断
__asm__ __volatile__("PUSH R28
\t");//R28与R29用于建立在堆栈上的指针
__asm__ __volatile__("PUSH R29
\t");//入栈完成
TCB.OSTaskStackTop=SP; //将正在运行的任务的堆栈底保存
unsigned char OSNextTaskPrio; //在现有堆栈上开设新的空间
for (OSNextTaskPrio = 0; //进行任务调度
OSNextTaskPrio < OS_TASKS && !(OSRdyTbl & (0x01<<OSNextTaskPrio));
OSNextTaskPrio++);
OSTaskRunningPrio = OSNextTaskPrio ;
cli();//保护堆栈转换
SP=TCB.OSTaskStackTop;
sei();
//根据中断时的出栈次序
__asm__ __volatile__("POPR29
\t");
__asm__ __volatile__("POPR28
\t");
__asm__ __volatile__("POPR31
\t");
__asm__ __volatile__("POPR30
\t");
__asm__ __volatile__("POPR27
\t");
__asm__ __volatile__("POPR26
\t");
__asm__ __volatile__("POPR25
\t");
__asm__ __volatile__("POPR24
\t");
__asm__ __volatile__("POPR23
\t");
__asm__ __volatile__("POPR22
\t");
__asm__ __volatile__("POPR21
\t");
__asm__ __volatile__("POPR20
\t");
__asm__ __volatile__("POPR19
\t");
__asm__ __volatile__("POPR18
\t");
__asm__ __volatile__("POP__tmp_reg__
\t"); //SERG 出栈并恢复
__asm__ __volatile__("OUT__SREG__,__tmp_reg__
\t"); //
__asm__ __volatile__("POP__tmp_reg__
\t"); //R0 出栈
__asm__ __volatile__("POP__zero_reg__
\t"); //R1 出栈
//中断时出栈完成
__asm__ __volatile__("CLI
\t");//关中断
__asm__ __volatile__("SBRC R16,1
\t");//SBRC当寄存器位为0刚跳过下一条指令
//检查是在调度时,是否有中断要求任务调度 0x02是中断要求调度的标志位
__asm__ __volatile__("RJMP OSSched
\t");//重新调度
__asm__ __volatile__("LDIR16,0x00
\t");
//清除中断要求任务切换的标志位,清除正在任务切换标志位
__asm__ __volatile__("RETI
\t"); //返回并开中断
}
//从中断退出并进行调度
void IntSwitch(void)
{
//当中断无嵌套,并且没有在切换任务的过程中,直接进行任务切换
if(OSCoreState == 0x02 && IntNum==0)
{
//进入中断时,已经保存了SREG和R0,R1,R18~R27,R30,R31
__asm__ __volatile__("POPR31
\t");//去除因调用子程序而入栈的PC
__asm__ __volatile__("POPR31
\t");
__asm__ __volatile__("LDIR16,0x01
\t");
//清除中断要求任务切换的标志位,设置正在任务切换标志位
__asm__ __volatile__("RJMP Int_OSSched
\t");//重新调度
}
}
////////////////////////////////////////////任务处理
//挂起任务
void OSTaskSuspend(unsigned char prio)
{
TCB.OSWaitTick=0;
OSRdyTbl &= ~(0x01<<prio); //从任务就绪表上去除标志位
if(OSTaskRunningPrio==prio)//当要挂起的任务为当前任务
OSSched(); //从新调度
}
//恢复任务 可以让被OSTaskSuspend或 OSTimeDly暂停的任务恢复
void OSTaskResume(unsigned char prio)
{
OSRdyTbl |= 0x01<<prio; //从任务就绪表上重置标志位
TCB.OSWaitTick=0; //将时间计时设为0,到时
if(OSTaskRunningPrio>prio) //当要当前任务的优先级低于重置位的任务的优先级
OSSched(); //从新调度 //从新调度
}
// 任务延时
void OSTimeDly(unsigned int ticks)
{
if(ticks) //当延时有效
{
OSRdyTbl &= ~(0x01<<OSTaskRunningPrio);
TCB.OSWaitTick=ticks;
OSSched(); //从新调度
}
}
//信号量
struct SemBlk
{
unsigned char OSEventType; //型号 0,信号量独占型;1信号量共享型
unsigned char OSEventState; //状态 0,不可用;1,可用
unsigned char OSTaskPendTbl; //等待信号量的任务列表
} Sem;
//初始化信号量
void OSSemCreat(unsigned char Index,unsigned char Type)
{
Sem.OSEventType=Type;//型号 0,信号量独占型;1信号量共享型
Sem.OSTaskPendTbl=0;
Sem.OSEventState=0;
}
//任务等待信号量,挂起
//当Timeout==0xffff时,为无限延时
unsigned char OSTaskSemPend(unsigned char Index,unsigned int Timeout)
{
//unsigned char i=0;
if(Sem.OSEventState) //信号量有效
{
if(Sem.OSEventType==0) //如果为独占型
Sem.OSEventState = 0x00; //信号量被独占,不可用
}
else
{ //加入信号的任务等待表
Sem.OSTaskPendTbl |= 0x01<<OSTaskRunningPrio;
TCB.OSWaitTick=Timeout; //如延时为0,刚无限等待
OSRdyTbl &= ~(0x01<<OSTaskRunningPrio); //从任务就绪表中去除
OSSched(); //从新调度
if(TCB.OSWaitTick==0 ) //超时,未能拿到资源
return 0;
}
return 1;
}
//发送一个信号量,可以从任务或中断发送
void OSSemPost(unsigned char Index)
{
if(Sem.OSEventType) //当要求的信号量是共享型
{
Sem.OSEventState=0x01; //使信号量有效
OSRdyTbl |=Sem .OSTaskPendTbl; //使在等待该信号的所有任务就绪
Sem.OSTaskPendTbl=0; //清空所有等待该信号的等待任务
}
else //当要求的信号量为独占型
{
unsigned char i;
for (i = 0; i < OS_TASKS && !(Sem.OSTaskPendTbl & (0x01<<i));i++);
if(i < OS_TASKS) //如果有任务需要
{
Sem.OSTaskPendTbl &= ~(0x01<<i); //从等待表中去除
OSRdyTbl |= 0x01<<i; //任务就绪
}
else
{
Sem.OSEventState =1; //使信号量有效
}
}
}
//从任务发送一个信号量,并进行调度
void OSTaskSemPost(unsigned char Index)
{
OSSemPost(Index);
OSSched();
}
//清除一个信号量,只对共享型的有用。
//对于独占型的信号量,在任务占用后,就交得不可以用了。
void OSSemClean(unsigned char Index)
{
Sem.OSEventState =0; //要求的信号量无效
}
void TCN0Init(void) // 计时器0
{
TCCR0 = 0;
TCCR0 |= (1<<CS02);// 256预分频
TIMSK |= (1<<TOIE0); // T0溢出中断允许
TCNT0 = 100; // 置计数起始值
}
SIGNAL(SIG_OVERFLOW0)
{
IntNum++; //中断嵌套+1
sei();//在中断中,重开中断
unsigned char i;
for(i=0;i<OS_TASKS;i++) //任务时钟
{
if(TCB.OSWaitTick && TCB.OSWaitTick!=0xffff)
{
TCB.OSWaitTick--;
if(TCB.OSWaitTick==0) //当任务时钟到时,必须是由定时器减时的才行
{
OSRdyTbl |= (0x01<<i); //使任务可以重新运行
OSCoreState|=0x02; //要求任务切换的标志位
}
}
}
TCNT0=100;
cli();
IntNum--; //中断嵌套-1
IntSwitch(); //进行任务调度
}
unsigned char __attribute__ ((progmem)) proStrA[]="Task ";
unsigned char strA;
SIGNAL(SIG_UART_RECV) //串口接收中断
{
strA=UDR;
}
/////////////////////////////////////串口发送
unsigned char *pstr_UART_Send;
unsigned intnUART_Sending=0;
void UART_Send(unsigned char *Res,unsigned int Len) //发送字符串数组
{
if(Len>0)
{
pstr_UART_Send=Res; //发送字串的指针
nUART_Sending=Len; //发送字串的长度
UCSRB=0xB8; //发送中断使能
}
}
//SIGNAL 在中断期间,其它中断禁止
SIGNAL(SIG_UART_DATA) //串口发送数据中断
{
IntNum++; //中断嵌套+1,不充许中断
if(nUART_Sending) //如果未发完
{
UDR=*pstr_UART_Send; //发送字节
pstr_UART_Send++; //发送字串的指针加1
nUART_Sending--; //等待发送的字串数减1
}
if(nUART_Sending==0) //当已经发送完
{
OSSemPost(0);
OSCoreState|=0x02; //要求任务切换的标志位
UCSRB=0x98;
}
cli(); //关发送中断
IntNum--;
IntSwitch(); //进行任务调度
}
void UARTInit() //初始化串口
{
#define fosc 8000000 //晶振8MHZ UBRRL=(fosc/16/(baud+1))%256;
#define baud 9600 //波特率
OSCCAL=0x97; //串口波特率校正值,从编程器中读出
//UCSRB=(1<<RXEN)|(1<<TXEN);//允许发送和接收
UCSRB=0x98;
//UCSRB=0x08;
UBRRL=(fosc/16/(baud+1))%256;
UBRRH=(fosc/16/(baud+1))/256;
UCSRC=(1<<URSEL)|(1<<UCSZ1)|(1<<UCSZ0);//8位数据+1位STOP位
UCSRB=0xB8;
UDR=0;
}
//打印unsigned int 到字符串中 00000
void strPUT_uInt(unsigned char *Des,unsigned int i)
{
unsigned char j;
Des=Des+4;
for(j=0;j<5;j++)
{
*Des=i%10+'0';
i=i/10;
Des--;
}
}
void strPUT_Star(unsigned char *Des,unsigned char i)
{
unsigned char j;
for(j=0;j<i;j++)
{
*Des++='*';
}
*Des++=13;
}
unsigned int strPUT_TaskState(unsigned char *Des,
unsigned char TaskID,
unsigned char Num)
{
//unsigned int i=0;
*(Des+4)='0'+TaskID;
strPUT_uInt(Des+6,Num);
strPUT_Star(Des+12,TaskID);
return 12+TaskID+1;
}
void Task0()
{
unsigned int j=0;
while(1)
{
PORTB=j++;
if(OSTaskSemPend(0,0xffff))
{
unsigned int m;
m=strPUT_TaskState(strA,OSTaskRunningPrio,j);
UART_Send(strA,m);
}
OSTimeDly(200);
}
}
void Task1()
{
unsigned int j=0;
while(1)
{
PORTC=j++;
if(OSTaskSemPend(0,0xffff))
{
unsigned int m;
m=strPUT_TaskState(strA,OSTaskRunningPrio,j);
UART_Send(strA,m);
}
OSTimeDly(100);
}
}
void Task2()
{
unsigned int j=0;
while(1)
{
if(OSTaskSemPend(0,0xffff))
{
unsigned int m;
m=strPUT_TaskState(strA,OSTaskRunningPrio,j);
UART_Send(strA,m);
}
PORTD=j++;
OSTimeDly(50);
}
}
void TaskScheduler()
{
OSSched();
while(1)
{
}
}
int main(void)
{
strlcpy_P(strA,proStrA,20);
UARTInit();
TCN0Init();
OSRdyTbl=0;
IntNum=0;
OSTaskCreate(Task0,&Stack,0);
OSTaskCreate(Task1,&Stack,1);
OSTaskCreate(Task2,&Stack,2);
OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack,OS_TASKS);
OSStartTask();
}
结束语
结束语
本文中的例子,基本上用WinAVR和 Proteus调试仿真成功,一定可能存在某些方面的缺陷,因为工作上时间的压力,就没有进一步查找。
但我相信,大家通过学习,会一步步了解一个内核的具体实现形式,慢慢完善,并且最终写出一个属于自己的内核。
当掌握一定的基本知识后,再回头看看 UCOSII和small rots51等,可能会有更深的体会,对进一步了解嵌入式系统和操作系统,条理会更加明析。希望本文能帮助大家做到这一点。
希望大家能够提出自己宝贵的意见,我会进行阶段性的总结,并尽可能地不断改进。
牛顿曾说过,“我能够看得更远,是因为站在巨人的肩膀上。”
希望大家都能出一份力,推动我们的嵌入式的事业的进一步发展。
2006年1月14日
注:本文原出处为21ic 好文,学习 谢谢!好文! 值得收藏! 收藏! 好~~!。狂顶~! 非常感谢! 好文!学习了! 好贴.顶一下.
不过贴中有个小错误.不知是不是我的芯片和编译环境的原因.(我用的是ATMEGA8L GCC)
//建立任务 我改了一下的.
void OSTaskCreate(void (*Task)(void),unsigned char *Stack,unsigned char TaskID)
{
unsigned char i;
*Stack--=(unsigned int)Task; //将任务的地址低位压入堆栈,
*Stack--=(unsigned int)Task>>8; //将任务的地址高位压入堆栈,
......
}
我试了一下,要低位先入栈,高位后入栈. AvrX 也是一个不错的选择,简单好用 1\请问 SP=TCB.OSTaskStackTop+17,为什么SP还要加17
//开始任务调度,从最低优先级的任务的开始
void OSStartTask(void)
{
OSTaskRunningPrio=OS_TASKS;
SP=TCB.OSTaskStackTop+17;
__asm__ __volatile__( "reti" "
\t");
}
2\请问void OSSched(void) 中
OSNextTaskID < OS_TASKS && !(OSRdyTbl & (0x01<<OSNextTaskID)); 这条具体的意思,哪位大侠帮我分解一下
3\14楼的讲的对,的确应该低位先入栈,高位后入栈.
4\我的三个任务,TASK2不运行,只运行其他两个,郁闷.
先谢
./emotion/em059.gif 现在了解清楚了,因为OSSched()总是从低TaskID开始运行,所以当运行TASK1时,TASK0已经就绪,回过来就运行TASK0,永远也不会运行TASK2.改为轮番调度就可以了,即文中的时间分片式../emotion/em011.gif ……
……
__asm__ __volatile__("PUSH R28\t"); //R28与R29用于建立在堆栈上的指针
__asm__ __volatile__("PUSH R29\t"); //入栈完成
TCB.OSTaskStackTop=SP; //将正在运行的任务的堆栈底保存
unsigned char OSNextTaskID; //在现有堆栈上开设新的空间
for (OSNextTaskID=0;(OSNextTaskID < OS_TASKS) && !(OSRdyTbl & (0x01<<OSNextTaskID));OSNextTaskID++);//进行任务调度
OSTaskRunningPrio = OSNextTaskID; //下一个调度的任务ID
cli(); //禁止中断,保护堆栈转换
SP=TCB.OSTaskStackTop;
sei();
//根据中断时的出栈次序
__asm__ __volatile__("POPR29\t");
__asm__ __volatile__("POPR28\t");
…………
…………
我不是很明白这个任务调度函数,各位大侠请帮分析一下,它是怎么调度,具体流程是怎么样?
SP=TCB.OSTaskStackTop;这语句起什么样的作用?SP不是堆栈是栈顶的指针吗,那一个任务的指针赋给SP后是什么意思?CPU运行的下一条指令不是存在PC中吗,那应该把任务指针赋给PC不行嘛?
真是很乱,希望各大侠赐教!!先谢谢了!! 站长
厉害! 牛,慢慢研究一下才行啊 留个记号 已收藏 有待学习 好东西 ,顶。。 研究 写的太好了啊,学习下! 留个记号先 好文收藏 实在很好,以前看过,当时没在意,今天要用到了看到,真的很好。啊莫历害 好也! 改天研究研究rtems 第八篇,占先式内核(完善的服务) 谁试过了?不知道何故我只是在PC端无休止的收到 0x00,郁闷啊
自己对串口部分改了一下,能收到自己发的数据,不过还是在前面多了一个 0x00, 以至于一定要用16进制显示才能看到后面的东西,那位大侠有改好的RTOS+串口的发个参考一下,谢谢了 好东西!
正在学习RTOS void RunFunInNewStack(void (*pfun)(),unsigned char *pStack)
{
*pStack--=(unsigned int)pfun>>8; //将函数的地址高位压入堆栈,
*pStack--=(unsigned int)pfun; //将函数的地址低位压入堆栈,
SP=pStack; //将堆栈指针指向人工堆栈的栈顶
__asm__ __volatile__("RET
\t"); //返回并开中断,开始运行fun1()
}
我在执行到 __asm__ __volatile__("RET
\t"); 发生复位了。
我把函数地址传给函数指针,然后调用函数指针,可以通过,不发生复位。 最近有时间在慢慢的研究研究 已经打印出来,呵呵 有时间在慢慢的研究研究 记下以后慢慢看 好象有点问题哦!试了一下,跑不起来。 第四篇的程序:一开始不能运行,如14楼的那样将入栈顺序改后,能运行到OSStartTask(),然后执行OSSched(),在OSSched()退出时程序指针跑到flash程序存储器未尾,然后就复位从头开始运行。还没有找到原因! 找到原因了,将编译器的优化等级改成-0s就行了。我在128下面跑的 虽然能运行了,但是对任务调度还是不明白。请问当子程序返回时,汇编代码执行:POP R29 ,POP R28。是否在返回时将R29,R28的内容装入PC,然后程序就继续运行,而SP的内容是在调度函数内按优先级装入的,所以才实现程序调度。有点搞不清楚,懂的能否解释一?下? 还有很多东西不明白,研究过程中。 ?Call-used registers (r18-r27, r30-r31):
May be allocated by gcc for local data. You may use them freely in assembler
subroutines. Calling C subroutines can clobber any of them - the caller is responsible
for saving and restoring.
?Call-saved registers (r2-r17, r28-r29):
May be allocated by gcc for local data. Calling C subroutines leaves them unchanged.
Assembler subroutines are responsible for saving and restoring these
registers, if changed. r29:r28 (Y pointer) is used as a frame pointer (points to
local data on stack) if necessary.
?Fixed registers (r0, r1):
Never allocated by gcc for local data, but often used for fixed purposes: 发一个资料,看了后对AVR的RTOS操作系统的细节了解可能会有很大帮助。昨晚我看到1点过才看完,学到不少东西。可惜是E文的,可能要花点时间看。
点击此处下载 ourdev_240882.rar(文件大小:467K) (原文件名:MULTITASKING ON AN AVR.rar) 做个记号 哎,参与的人太少了!一点也不热烈哦!
建议阿莫把基于AVR的RTOS搞成一个开源的项目! 我也做个记号,有时间好好看看 昨天卖了ARMOR的Dragon,今天无事逛逛,这里成了我唯一的留念 mark 谢谢,留下足迹。 ok hao xuexi 好东西啊,看看 试了第四篇,发现执行完OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack,OS_TASKS);
后就跳到void TaskScheduler()了
./emotion/em044.gif不明白 RTOS还没玩过,有时间要玩一下 ding 不错不错 正好在学,谢谢阿莫 正好在学,谢谢阿莫 好文章,学习了! 留个记号,学习 passby 学习 留个记号!
多多学习~~ OSRdyTbl|=0x01<<TaskID;这句如果 TaskID = 0,那么 OSRdyTbl = 0?那么在调度函数中, 怎么来判断TaskID =0的任务就绪。不是很明白,还是说GCC有什么特别,没有学过GCC mark 谢谢 学习一下,谢谢! 惊奇...阿莫的风格跟我的好象啊....正想写一篇AVR OS的,看来不用写了 太好了,没的说
收益很大 好东东!顶一个
做个记号,以后好学习 收藏,谢谢 mark! good,thanks! 3ks 怎么没人来解释下啊,怎么好的帖沉下去可惜啊!!! 做个记号 谢谢老大,学习中 太精彩的帖子了。 不知道有没有人研究PLC开源代码呢? 哈哈,正想学这个 看下能否看懂 proteus仿真怎么不放上来呢? 研究中 标记 终于看到牛人的帖子!
很敬佩楼主!
谢谢您 好!顶起来 to 16楼:
2\请问void OSSched(void) 中
OSNextTaskID < OS_TASKS && !(OSRdyTbl & (0x01<<OSNextTaskID)); 这条具体的意思,哪位大侠帮我分解一下
我也正在研究这个,是看了反汇编程序才看懂的,
for (OSNextTaskID=0;(OSNextTaskID < OS_TASKS) && !(OSRdyTbl & (0x01<<OSNextTaskID));OSNextTaskID++); //进行任务调度
这条语句的作用就是查找当前任务表OSRdyTbl中最高优先级别的任务,从bit0位开始查询,直到查完所有任务为止;
汇编程序:
//查找任务
unsigned char OSNextTaskID;
for ( OSNextTaskID = 0;
bbc: 40 e0 ldi r20, 0x00 ; 0
bbe: 22 2d mov r18, r2
bc0: 33 27 eor r19, r19
bc2: 61 e0 ldi r22, 0x01 ; 1
bc4: 70 e0 ldi r23, 0x00 ; 0
bc6: 20 fd sbrc r18, 0
bc8: 0e c0 rjmp .+28 ; 0xbe6 <_Z7OSSchedv+0x68>
bca: 4f 5f subi r20, 0xFF ; 255
bcc: 45 30 cpi r20, 0x05 ; 5
bce: 58 f4 brcc .+22 ; 0xbe6 <_Z7OSSchedv+0x68>
bd0: c9 01 movw r24, r18
bd2: 04 2e mov r0, r20
bd4: 02 c0 rjmp .+4 ; 0xbda <_Z7OSSchedv+0x5c>
bd6: 95 95 asr r25
bd8: 87 95 ror r24
bda: 0a 94 dec r0
bdc: e2 f7 brpl .-8 ; 0xbd6 <_Z7OSSchedv+0x58>
bde: 86 27 eor r24, r22
be0: 97 27 eor r25, r23
be2: 80 fd sbrc r24, 0
be4: f2 cf rjmp .-28 ; 0xbca <_Z7OSSchedv+0x4c>
OSNextTaskID < OS_MAX_TASKS && !(OSRdyTbl & (0x01<<OSNextTaskID));
OSNextTaskID++);
OSTaskRunningPrio = OSNextTaskID ;
be6: 34 2e mov r3, r20 mark cool mark 三年后的今天我才看到这贴,不知道差距又是多少年,狂补!!! 人工堆栈入栈,出栈请注意啦。
GCCAVR 发生中断后入栈过程
2008-04-16 20:44
PCL //所以在内存中PCL在高地址
PCH
R1
R0
SEG
avr终端恢复时其实不能保存i,
reti只是将有相当于pop PCH; pop->PCL ;sei
中断时相当于push PCL;push PCH;CLi
pop seg只能恢复除i意外的位;
ICALL发生是将地地址放入r30,高地址放入r31
入栈时与中断一样
函数指针指向的是指向代码地址的低字节,也就是说函数指针存放的地址的方式为低位在前,高位在后
例如:函数指针的地址为(0x045a ,0x045b)={0x49,0x00}
函数入口地址为0x0049 努力学习中 正想搞这个,收下先。 学习中~~~~~~~~~很有用~~~~~~~~ 看了,非常好! mark 非常感谢 真强,写那么多程序 mark 留个档案,今后慢慢看