建立一个属于自己的AVR的RTOS

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smallrots，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WinAVRv2.0.5.48基于GCCAVR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JeanJ.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Rtosformega8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MCUType:mega8Optimizationlevel:sDebugformat:AVR-COFFC/C++sourcefile:选译要编译的C文件#includeavr/io.hvoidfun1(void){unsignedchari=0;while(1){PORTB=i++;PORTC=0x01(i%8);}}intmain(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#includeavr/io.hvoidfun1(void){unsignedchari=0;while(1){PORTB=i++;PORTC=0x01(i%8);}}void(*pfun)();//指向函数的指针intmain(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”#includeavr/io.hvoidfun1(void){unsignedchari=0;while(1){PORTB=i++;PORTC=0x01(i%8);}}voidRunFun(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}intmain(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ldir24,lo8(pm(fun1))ldir25,hi8(pm(fun1))rcallRunFun对voidRunFun(void(*pfun)())的编译如下/*voidRunFun(void(*pfun)())*//*(*pfun)();*/.LM6:movwr30,r24icallret在调用voidRunFun(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：#includeavr/io.hvoidfun1(void){unsignedchari=0;while(1){PORTB=i++;PORTC=0x01(i%8);}}unsignedcharStack[100];//建立一个100字节的人工堆栈voidRunFunInNewStack(void(*pfun)(),unsignedchar*pStack){*pStack--=(unsignedint)pfun8;//将函数的地址高位压入堆栈，*pStack--=(unsignedint)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()}intmain(void){RunFunInNewStack(fun1,&Stack[99]);}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__(PUSHR0\t);__asm____volatile__(PUSHR1\t);......__asm____volatile__(PUSHR31\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smallrots51,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WinAVR中的帮助文件avr-libcManual中的RelatedPages中的FrequentlyAskedQuestions,其实有一个问题是WhatregistersareusedbytheCcompiler?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1Call-usedregisters(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。2Call-savedregisters(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。3Fixedregisters(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Howtopermanentlybindavariabletoaregister?,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InlineAsm中的CNamesUsedinAssemblerCode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#includeavr/io.hunsignedcharadd(unsignedcharb,unsignedcharc,unsignedchard){returnb+c*d;}intmain(void){unsignedchara=0;while(1){a++;PORTB=add(a,a,a);}}在本例中，add(a,a,a);被编译如下:movr20,r28movr22,r28movr24,r28rcalladd第二个例子：定义通用寄存器为变量#includeavr/io.hunsignedcharadd(unsignedcharb,unsignedcharc,unsignedchard){returnb+c*d;}registerunsignedcharaasm(r20);//将r20定义为变量aintmain(void){while(1){a++;PORTB=add(a,a,a);}}在本例中，add(a,a,a);被编译如下:movr22,r20movr24,r20rcalladd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CooperativeMultitasking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。”#includeavr/io.h#includeavr/Interrupt.h#includeavr/signal.hunsignedcharStack[200];registerunsignedcharOSRdyTblasm(r2);//任务运行就绪表registerunsignedcharOSTaskRunningPrioasm(r3);//正在运行的任务#defineOS_TASKS3//设定运行任务的数量structTaskCtrBlock//任务控制块{unsignedintOSTaskStackTop;//保存任务的堆栈顶unsignedintOSWaitTick;//任务延时时钟}TCB[OS_TASKS+1];//防止被编译器占用registerunsignedchartempR4asm(r4);registerunsignedchartempR5asm(r5);registerunsignedchartempR6asm(r6);registerunsignedchartempR7asm(r7);registerunsignedchartempR8asm(r8);registerunsignedchartempR9asm(r9);registerunsignedchartempR10asm(r10);reg