教程 建立一个属于自己的AVR的RTOS.docx
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教程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***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
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
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
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
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
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
\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
\t");
__asm__ __volatile__("PUSH R1
\t");
......
__asm__ __volatile__("PUSH R31
\t");
出栈
__asm__ __volatile__("POP R31
\t");
......
__asm__ __volatile__("POP R1
\t");
__asm__ __volatile__("POP R0
\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
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
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***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
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< } //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" " \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__ \t"); //R1 __asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__ \t"); //R0 __asm__ __volatile__("IN __tmp_reg__,__SREG__ \t"); //保存状态寄存器SREG __asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__ \t"); __asm__ __volatile__("CLR __zero_reg__ \t"); //R0重新清零 __asm__ __volatile__("PUSH R18 \t"); __asm__ __volatile__("PUSH R19 \t"); __asm__ __volatile__("PUSH R20 \t"); __asm__ __volatile__("PUSH R21 \t"); __asm__ __volatile__("PUSH R22 \t"); __asm__ __volatile__("PUSH R23 \t"); __asm__ __volatile__("PUSH R24 \t"); __asm__ __volatile__("PUSH R25 \t"); __asm__ __volatile__("PUSH R26 \t"); __asm__ __volatile__("PUSH R27 \t"); __asm__ __volatile__("PUSH R30 \t"); __asm__ __volatile__("PUSH R31 \t"); __asm__ __volatile__("PUSH R28 \t"); //R28与R29用于建立在堆栈上的指针 __asm__ __volatile__("PUSH R29 \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++); 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 \t"); __asm__ __volatile__("POP R28 \t"); __asm
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