建立一个属于自己的AVR的RTOS.docx
《建立一个属于自己的AVR的RTOS.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《建立一个属于自己的AVR的RTOS.docx（43页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
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
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）
{
升级会员 