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发表于 2006-1-17 11:35:43
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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" "
\t" );
}
//进行任务调度
void OSSched(void)
{
__asm__ __volatile__("LDI R16,0x01
\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
\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__
\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__("Int_OSSched:
\t"); //当中断要求调度，直接进入这里
__asm__ __volatile__("SEI
\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
\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 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
\t");
__asm__ __volatile__("POP R28
\t");
__asm__ __volatile__("POP R31
\t");
__asm__ __volatile__("POP R30
\t");
__asm__ __volatile__("POP R27
\t");
__asm__ __volatile__("POP R26
\t");
__asm__ __volatile__("POP R25
\t");
__asm__ __volatile__("POP R24
\t");
__asm__ __volatile__("POP R23
\t");
__asm__ __volatile__("POP R22
\t");
__asm__ __volatile__("POP R21
\t");
__asm__ __volatile__("POP R20
\t");
__asm__ __volatile__("POP R19
\t");
__asm__ __volatile__("POP R18
\t");
__asm__ __volatile__("POP __tmp_reg__
\t"); //SERG 出栈并恢复
__asm__ __volatile__("OUT __SREG__,__tmp_reg__
\t"); //
__asm__ __volatile__("POP __tmp_reg__
\t"); //R0 出栈
__asm__ __volatile__("POP __zero_reg__
\t"); //R1 出栈
//中断时出栈完成
__asm__ __volatile__("CLI
\t"); //关中断
__asm__ __volatile__("SBRC R16,1
\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
\t"); //重新调度
__asm__ __volatile__("LDI R16,0x00
\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
\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
\t"); //去除因调用子程序而入栈的PC
__asm__ __volatile__("POP R31
\t");
__asm__ __volatile__("LDI R16,0x01
\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
\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.OSWaitTick && TCB.OSWaitTick!=0xffff)
{
TCB.OSWaitTick--;
if(TCB.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
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
注：本文原出处为21ic |
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发表于 2006-1-17 11:31:26