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DIY编程器网»首页 › -->DIY作坊工具 › 综合资料库 › 建立一个属于自己的AVR的RTOS
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建立一个属于自己的AVR的RTOS

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楼主
发表于 2011-4-30 15:35:11 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
[/td]    [/tr]    [tr]      　 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:mega8
Optimizationlevel:s
Debugformat:AVR-COFF
C/C++sourcefile:选译要编译的C文件

#include
voidfun1(void)
{
unsignedchari=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01
voidfun1(void)
{
unsignedchari=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01
voidfun1(void)
{
unsignedchari=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01
voidfun1(void)
{
unsignedchari=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01>8;//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__("RETnt");//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__("PUSHR0nt");
__asm____volatile__("PUSHR1nt");
......
__asm____volatile__("PUSHR31nt");

出栈
__asm____volatile__("POPR31nt");
......
__asm____volatile__("POPR1nt");
__asm____volatile__("POPR0nt");

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

#include

unsignedcharadd(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,r28
movr22,r28
movr24,r28
rcalladd

第二个例子：定义通用寄存器为变量

#include

unsignedcharadd(unsignedcharb,unsignedcharc,unsignedchard)
{
returnb+c*d;
}


registerunsignedcharaasm("r20");//将r20定义为变量a

intmain(void)
{

while(1)
{
a++;
PORTB=add(a,a,a);
}
}

在本例中，"add(a,a,a);"被编译如下:
movr22,r20
movr24,r20
rcalladd

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。”


#include
#include
#include
unsignedcharStack[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");
registerunsignedchartempR11asm("r11");
registerunsignedchartempR12asm("r12");
registerunsignedchartempR13asm("r13");
registerunsignedchartempR14asm("r14");
registerunsignedchartempR15asm("r15");
registerunsignedchartempR16asm("r16");
registerunsignedchartempR16asm("r17");


//建立任务
voidOSTaskCreate(void(*Task)(void),unsignedchar*Stack,unsignedcharTaskID)
{
unsignedchari;
*Stack--=(unsignedint)Task>>8;//将任务的地址高位压入堆栈，
*Stack--=(unsignedint)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
#include
#include
unsignedcharStack[400];

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
{
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");
registerunsignedchartempR11asm("r11");
registerunsignedchartempR12asm("r12");
registerunsignedchartempR13asm("r13");
registerunsignedchartempR14asm("r14");
registerunsignedchartempR15asm("r15");
registerunsignedchartempR16asm("r16");
registerunsignedchartempR16asm("r17");


//建立任务
voidOSTaskCreate(void(*Task)(void),unsignedchar*Stack,unsignedcharTaskID)
{
unsignedchari;
*Stack--=(unsignedint)Task>>8;//将任务的地址高位压入堆栈，
*Stack--=(unsignedint)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;iprio)//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
voidOSTimeDly(unsignedintticks)
{
if(ticks)//当延时有效
{
OSRdyTbl&="(0x01
#include
#include
unsignedcharStack[400];

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
{
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");
registerunsignedchartempR11asm("r11");
registerunsignedchartempR12asm("r12");
registerunsignedchartempR13asm("r13");
registerunsignedchartempR14asm("r14");
registerunsignedchartempR15asm("r15");
registerunsignedchartempR16asm("r16");
registerunsignedchartempR16asm("r17");


//建立任务
voidOSTaskCreate(void(*Task)(void),unsignedchar*Stack,unsignedcharTaskID)
{
unsignedchari;
*Stack--=(unsignedint)Task>>8;//将任务的地址高位压入堆栈，
*Stack--=(unsignedint)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=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[OSTaskRunningPrio].OSTaskStackTop;
//sei();

//根据中断时的出栈次序
__asm____volatile__("POPR29nt");
__asm____volatile__("POPR28nt");
__asm____volatile__("POPR31nt");
__asm____volatile__("POPR30nt");
__asm____volatile__("POPR27nt");
__asm____volatile__("POPR26nt");
__asm____volatile__("POPR25nt");
__asm____volatile__("POPR24nt");
__asm____volatile__("POPR23nt");
__asm____volatile__("POPR22nt");
__asm____volatile__("POPR21nt");
__asm____volatile__("POPR20nt");
__asm____volatile__("POPR19nt");
__asm____volatile__("POPR18nt");
__asm____volatile__("POP__tmp_reg__nt");//SERG出栈并恢复
__asm____volatile__("OUT__SREG__,__tmp_reg__nt");//
__asm____volatile__("POP__tmp_reg__nt");//R0出栈
__asm____volatile__("POP__zero_reg__nt");//R1出栈
__asm____volatile__("RETInt");//返回并开中断
//中断时出栈完成
}


voidIntSwitch(void)
{
__asm____volatile__("POPR31nt");//去除因调用子程序而入栈的PC
__asm____volatile__("POPR31nt");
__asm____volatile__("RJMPInt_OSSchednt");//重新调度
}




voidTCN0Init(void)//计时器0
{
TCCR0=0;
TCCR0|=(1
#include
#include
unsignedcharStack[400];

registerunsignedcharOSRdyTblasm("r2");//任务运行就绪表
registerunsignedcharOSTaskRunningPrioasm("r3");//正在运行的任务
registerunsignedcharIntNumasm("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
registerunsignedcharOSCoreStateasm("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LDIR16,0x01
//0x01正在任务切换0x02有中断要求切换

#defineOS_TASKS3//设定运行任务的数量
structTaskCtrBlock
{
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");
registerunsignedchartempR11asm("r11");
registerunsignedchartempR12asm("r12");
registerunsignedchartempR13asm("r13");
registerunsignedchartempR14asm("r14");
registerunsignedchartempR15asm("r15");
//registerunsignedchartempR16asm("r16");
registerunsignedchartempR16asm("r17");


//建立任务
voidOSTaskCreate(void(*Task)(void),unsignedchar*Stack,unsignedcharTaskID)
{
unsignedchari;
*Stack--=(unsignedint)Task>>8;//将任务的地址高位压入堆栈，
*Stack--=(unsignedint)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
#include
#include
unsignedcharStack[400];

registerunsignedcharOSRdyTblasm("r2");//任务运行就绪表
registerunsignedcharOSTaskRunningPrioasm("r3");//正在运行的任务
registerunsignedcharIntNumasm("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
registerunsignedcharOSCoreStateasm("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LDIR16,0x01
//0x01正在任务切换0x02有中断要求切换

#defineOS_TASKS3//设定运行任务的数量
structTaskCtrBlock
{
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");
registerunsignedchartempR11asm("r11");
registerunsignedchartempR12asm("r12");
registerunsignedchartempR13asm("r13");
registerunsignedchartempR14asm("r14");
registerunsignedchartempR15asm("r15");
//registerunsignedchartempR16asm("r16");
registerunsignedchartempR16asm("r17");


//建立任务
voidOSTaskCreate(void(*Task)(void),unsignedchar*Stack,unsignedcharTaskID)
{
unsignedchari;
*Stack--=(unsignedint)Task>>8;//将任务的地址高位压入堆栈，
*Stack--=(unsignedint)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;iprio)//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
voidOSTimeDly(unsignedintticks)
{
if(ticks)//当延时有效
{
OSRdyTbl&="(0x010)
{
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
}


voidUARTInit()//初始化串口
{
#definefosc8000000//晶振8MHZUBRRL=(fosc/16/(baud+1))%256;
#definebaud9600//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unsignedint到字符串中00000
voidstrPUT_uInt(unsignedchar*Des,unsignedinti)
{
unsignedcharj;
Des=Des+4;
for(j=0;j<5;j++)
{
*Des=i%10+’0’;
i=i/10;
Des--;
}
}

voidstrPUT_Star(unsignedchar*Des,unsignedchari)
{
unsignedcharj;
for(j=0;j<i;j++)
{
*Des++=’*’;
}
*Des++=13;
}

unsignedintstrPUT_TaskState(unsignedchar*Des,
unsignedcharTaskID,
unsignedcharNum)
{
//unsignedinti=0;
*(Des+4)=’0’+TaskID;
strPUT_uInt(Des+6,Num);
strPUT_Star(Des+12,TaskID);
return12+TaskID+1;
}

voidTask0()
{
unsignedintj=0;
while(1)
{
PORTB=j++;
if(OSTaskSemPend(0,0xffff))
{
unsignedintm;
m=strPUT_TaskState(strA,OSTaskRunningPrio,j);
UART_Send(strA,m);
}
OSTimeDly(200);
}
}

voidTask1()
{
unsignedintj=0;
while(1)
{
PORTC=j++;
if(OSTaskSemPend(0,0xffff))
{
unsignedintm;
m=strPUT_TaskState(strA,OSTaskRunningPrio,j);
UART_Send(strA,m);
}
OSTimeDly(100);
}
}

voidTask2()
{
unsignedintj=0;
while(1)
{
if(OSTaskSemPend(0,0xffff))
{
unsignedintm;
m=strPUT_TaskState(strA,OSTaskRunningPrio,j);
UART_Send(strA,m);
}
PORtd=j++;
OSTimeDly(50);
}
}



voidTaskScheduler()
{
OSSched();
while(1)
{
}
}


intmain(void)
{
strlcpy_P(strA,proStrA,20);
UARTInit();
TCN0Init();

OSRdyTbl=0;
IntNum=0;
OSTaskCreate(Task0,&Stack[99],0);
OSTaskCreate(Task1,&Stack[199],1);
OSTaskCreate(Task2,&Stack[299],2);
OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack[399],OS_TASKS);
OSStartTask();
}
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。
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