51操作系统学习笔记（六）:建立一个属于自己的AVR的RTOS(4)
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。”
＃i nclude <avr/io.h>
＃i nclude <avr/Interrupt.h>
＃i nclude <avr/signal.h>
unsigned char Stack[200];
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[OS_TASKS+1];
//防止被编译器占用
register unsigned char tempR4 asm("r4");
register unsigned char tempR5 asm("r5");
register unsigned char tempR6 asm("r6");
register unsigned char tempR7 asm("r7");
register unsigned char tempR8 asm("r8");
register unsigned char tempR9 asm("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[TaskID].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[OS_TASKS].OSTaskStackTop+17;
__asm__ __volatile__( "reti" "\n\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__ \n\t"); //R1
__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__ \n\t"); //R0
__asm__ __volatile__("IN __tmp_reg__,__SREG__ \n\t"); //保存状态寄存器SREG
__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__ \n\t");
__asm__ __volatile__("CLR __zero_reg__ \n\t"); //R0重新清零
__asm__ __volatile__("PUSH R18 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R19 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R20 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R21 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R22 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R23 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R24 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R25 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R26 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R27 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R30 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R31 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R28 \n\t"); //R28与R29用于建立在堆栈上的指针
__asm__ __volatile__("PUSH R29 \n\t"); //入栈完成
TCB[OSTaskRunningPrio].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[OSTaskRunningPrio].OSTaskStackTop;
sei();
//根据中断时的出栈次序
__asm__ __volatile__("POP R29 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R28 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R31 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R30 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R27 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R26 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R25 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R24 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R23 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R22 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R21 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R20 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R19 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R18 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP __tmp_reg__ \n\t"); //SERG 出栈并恢复
__asm__ __volatile__("OUT __SREG__,__tmp_reg__ \n\t"); //
__asm__ __volatile__("POP __tmp_reg__ \n\t"); //R0 出栈
__asm__ __volatile__("POP __zero_reg__ \n\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[OSTaskRunningPrio].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[i].OSWaitTick)
{
TCB[i].OSWaitTick--;
if(TCB[i].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[49],0);
OSTaskCreate(Task1,&Stack[99],1);
OSTaskCreate(Task2,&Stack[149],2);
OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack[199],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。
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。”
＃i nclude <avr/io.h>
＃i nclude <avr/Interrupt.h>
＃i nclude <avr/signal.h>
unsigned char Stack[200];
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[OS_TASKS+1];
//防止被编译器占用
register unsigned char tempR4 asm("r4");
register unsigned char tempR5 asm("r5");
register unsigned char tempR6 asm("r6");
register unsigned char tempR7 asm("r7");
register unsigned char tempR8 asm("r8");
register unsigned char tempR9 asm("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[TaskID].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[OS_TASKS].OSTaskStackTop+17;
__asm__ __volatile__( "reti" "\n\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__ \n\t"); //R1
__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__ \n\t"); //R0
__asm__ __volatile__("IN __tmp_reg__,__SREG__ \n\t"); //保存状态寄存器SREG
__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__ \n\t");
__asm__ __volatile__("CLR __zero_reg__ \n\t"); //R0重新清零
__asm__ __volatile__("PUSH R18 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R19 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R20 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R21 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R22 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R23 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R24 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R25 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R26 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R27 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R30 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R31 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R28 \n\t"); //R28与R29用于建立在堆栈上的指针
__asm__ __volatile__("PUSH R29 \n\t"); //入栈完成
TCB[OSTaskRunningPrio].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[OSTaskRunningPrio].OSTaskStackTop;
sei();
//根据中断时的出栈次序
__asm__ __volatile__("POP R29 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R28 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R31 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R30 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R27 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R26 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R25 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R24 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R23 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R22 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R21 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R20 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R19 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R18 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP __tmp_reg__ \n\t"); //SERG 出栈并恢复
__asm__ __volatile__("OUT __SREG__,__tmp_reg__ \n\t"); //
__asm__ __volatile__("POP __tmp_reg__ \n\t"); //R0 出栈
__asm__ __volatile__("POP __zero_reg__ \n\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[OSTaskRunningPrio].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[i].OSWaitTick)
{
TCB[i].OSWaitTick--;
if(TCB[i].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[49],0);
OSTaskCreate(Task1,&Stack[99],1);
OSTaskCreate(Task2,&Stack[149],2);
OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack[199],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。
