教程: 建立一个属于自己的AVR的RTOS(转帖)

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教程: 建立一个属于自己的AVR的RTOS(转帖)

源帖子:http://www.21icbbs.com/club/bbs/bbsView.asp?boardid=39

序





                                       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



                                 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
\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 <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。

ghost2

貌似armok刚贴过……