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建立一个属于自己的AVR的RTOS

作者:时间:2011-04-29来源:网络收藏

自从03年以来,对单片机的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上的的热潮。

再后来,陈明计先生推出的smallrots,展示了用在51上的微内核,足以在52上进行任务调度。

前段时间,在ouravr上面开有专门关于的Rtos的专栏,并且不少的兄弟把的作品拿出来,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的知识进行整理,于是,我开始了编写用在单片机的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
Winv2.0.5.48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

#includeavr/io.h>
voidfun1(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.h>
voidfun1(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.h>
voidfun1(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,r24
icall
ret

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?

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/172857.htm

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,就可以我们的人工堆栈了。
例:
#includeavr/io.h>
voidfun1(void)
{
unsignedchari=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01(i%8);
}
}

unsignedcharStack[100];//一个100字节的人工堆栈

voidRunFunInNewStack(void(*pfun)(),unsignedchar*pStack)
{
*pStack--=(unsignedint)pfun>>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

#includeavr/io.h>

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

#includeavr/io.h>

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。”


#includeavr/io.h>
#includeavr/Interrupt.h>
#includeavr/signal.h>
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

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