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
mega8 1K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
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[100]; //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 \n\t"); //返回并开中断,开始运行fun1()
}
int main(void)
{
RunFunInNewStack(fun1,&Stack[99]);
}
RunFunInNewStack(),将指向函数的指针的值保存到一个unsigned char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 \n\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R1 \n\t");
......
__asm__ __volatile__("PUSH R31 \n\t");
出栈
__asm__ __volatile__("POP R31 \n\t");
......
__asm__ __volatile__("POP R1 \n\t");
__asm__ __volatile__("POP R0 \n\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[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。
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[400];
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[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
}
////////////////////////////////////////////任务处理
//挂起任务
void OSTaskSuspend(unsigned char prio)
{
TCB[prio].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[prio].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[OSTaskRunningPrio].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[10];
//初始化信号量
void OSSemCreat(unsigned char Index,unsigned char Type)
{
Sem[Index].OSEventType=Type; //型号 0,信号量独占型；1信号量共享型
Sem[Index].OSTaskPendTbl=0;
Sem[Index].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[Index].OSEventState) //信号量有效
{
if(Sem[Index].OSEventType==0) //如果为独占型
Sem[Index].OSEventState = 0x00; //信号量被独占，不可用
}
else
{ //加入信号的任务等待表
Sem[Index].OSTaskPendTbl |= 0x01<<OSTaskRunningPrio;
OSRdyTbl &= ~(0x01<<OSTaskRunningPrio); //从任务就绪表中去除
TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick=Timeout; //如延时为0，刚无限等待
OSSched(); //从新调度
if(TCB[OSTaskRunningPrio].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[Index].OSEventType) //当要求的信号量是共享型
{
Sem[Index].OSEventState=0x01; //使信号量有效
OSRdyTbl |=Sem [Index].OSTaskPendTbl; //使在等待该信号的所有任务就绪
Sem[Index].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[Index].OSTaskPendTbl & (0x01<<i)); i++);
if(i < OS_TASKS) //如果有任务需要
{
Sem[Index].OSTaskPendTbl &= ~(0x01<<i); //从等待表中去除
OSRdyTbl |= 0x01<<i; //任务就绪
}
else
{
Sem[Index].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[Index].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[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++;
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[99],0);
OSTaskCreate(Task1,&Stack[199],1);
OSTaskCreate(Task2,&Stack[299],2);
OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack[399],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[400];
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[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__("Int_OSSched: \n\t"); //当中断要求调度，直接进入这里
__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
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[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
__asm__ __volatile__("RETI \n\t"); //返回并开中断
//中断时出栈完成
}
void IntSwitch(void)
{
__asm__ __volatile__("POP R31 \n\t"); //去除因调用子程序而入栈的PC
__asm__ __volatile__("POP R31 \n\t");
__asm__ __volatile__("RJMP Int_OSSched \n\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[99],0);
OSTaskCreate(Task1,&Stack[199],1);
OSTaskCreate(Task2,&Stack[299],2);
OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack[399],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[400];
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[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)
{
__asm__ __volatile__("LDI R16,0x01 \n\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 \n\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__ \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__("Int_OSSched: \n\t"); //当中断要求调度，直接进入这里
__asm__ __volatile__("SEI \n\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 \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 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[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
__asm__ __volatile__("CLI \n\t"); //关中断
__asm__ __volatile__("SBRC R16,1 \n\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 \n\t"); //重新调度
__asm__ __volatile__("LDI R16,0x00 \n\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 \n\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__("POP R31 \n\t"); //去除因调用子程序而入栈的PC
__asm__ __volatile__("POP R31 \n\t");
__asm__ __volatile__("LDI R16,0x01 \n\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 \n\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[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)
{
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[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[99],0);
OSTaskCreate(Task1,&Stack[199],1);
OSTaskCreate(Task2,&Stack[299],2);
OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack[399],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[400];
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[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)
{
__asm__ __volatile__("LDI R16,0x01 \n\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 \n\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__ \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__("Int_OSSched: \n\t"); //当中断要求调度，直接进入这里
__asm__ __volatile__("SEI \n\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 \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 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[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
__asm__ __volatile__("CLI \n\t"); //关中断
__asm__ __volatile__("SBRC R16,1 \n\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 \n\t"); //重新调度
__asm__ __volatile__("LDI R16,0x00 \n\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 \n\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__("POP R31 \n\t"); //去除因调用子程序而入栈的PC
__asm__ __volatile__("POP R31 \n\t");
__asm__ __volatile__("LDI R16,0x01 \n\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 \n\t"); //重新调度
}
}
////////////////////////////////////////////任务处理
//挂起任务
void OSTaskSuspend(unsigned char prio)
{
TCB[prio].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[prio].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[OSTaskRunningPrio].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[10];
//初始化信号量
void OSSemCreat(unsigned char Index,unsigned char Type)
{
Sem[Index].OSEventType=Type; //型号 0,信号量独占型；1信号量共享型
Sem[Index].OSTaskPendTbl=0;
Sem[Index].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[Index].OSEventState) //信号量有效
{
if(Sem[Index].OSEventType==0) //如果为独占型
Sem[Index].OSEventState = 0x00; //信号量被独占，不可用
}
else
{ //加入信号的任务等待表
Sem[Index].OSTaskPendTbl |= 0x01<<OSTaskRunningPrio;
TCB[OSTaskRunningPrio].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[OSTaskRunningPrio].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[Index].OSEventType) //当要求的信号量是共享型
{
Sem[Index].OSEventState=0x01; //使信号量有效
OSRdyTbl |=Sem [Index].OSTaskPendTbl; //使在等待该信号的所有任务就绪
Sem[Index].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[Index].OSTaskPendTbl & (0x01<<i)); i++);
if(i < OS_TASKS) //如果有任务需要
{
Sem[Index].OSTaskPendTbl &= ~(0x01<<i); //从等待表中去除
OSRdyTbl |= 0x01<<i; //任务就绪
}
else
{
Sem[Index].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[Index].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[i].OSWaitTick && TCB[i].OSWaitTick!=0xffff)
{
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[20];
SIGNAL(SIG_UART_RECV) //串口接收中断
{
strA[0]=UDR;
}
/////////////////////////////////////串口发送
unsigned char *pstr_UART_Send;
unsigned int nUART_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8 MHZ 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[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。
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 希望同行多多交流。
作者 黄健昌 Alex
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