建立一個AVR單片機RTOS（8）—占先式內(nèi)核(完善的服務(wù))

如果將前面所提到的占先式內(nèi)核和協(xié)作式內(nèi)核組合在一起，很容易就可以得到一個功能較為完善的占先式內(nèi)核，它的功能有：

1,掛起和恢復(fù)任務(wù)

2,任務(wù)延時

3,信號量(包括共享型和獨占型)

另外，在本例中，在各個任務(wù)中加入了從串口發(fā)送任務(wù)狀態(tài)的功能。

#include <avr/io.h>

#include

#include

unsigned char Stack[400];

register unsigned char OSRdyTbl asm("r2"); //任務(wù)運行就緒表

register unsigned char OSTaskRunningPrio asm("r3"); //正在運行的任務(wù)

register unsigned char IntNum asm("r4"); //中斷嵌套計數(shù)器

//只有當(dāng)中斷嵌套數(shù)為0，并且有中斷要求時，才能在退出中斷時，進行任務(wù)調(diào)度

register unsigned char OSCoreState asm("r16"); //系統(tǒng)核心標(biāo)志位,R16編譯器沒有使用

//只有大于R15的寄存器才能直接賦值例LDI R16,0x01

//0x01正在任務(wù)切換0x02有中斷要求切換

#define OS_TASKS 3 //設(shè)定運行任務(wù)的數(shù)量

struct TaskCtrBlock

{

unsigned int OSTaskStackTop; //保存任務(wù)的堆棧頂

unsigned int OSWaitTick; //任務(wù)延時時鐘

} TCB[OS_TASKS+1];

//防止被編譯器占用

//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");

//建立任務(wù)

void OSTaskCreate(void (*Task)(void),unsigned char *Stack,unsigned char TaskID)

{

unsigned char i;

*Stack--=(unsigned int)Task>>8; //將任務(wù)的地址高位壓入堆棧，

*Stack--=(unsigned int)Task; //將任務(wù)的地址低位壓入堆棧，

*Stack--=0x00; //R1 __zero_reg__

*Stack--=0x00; //R0 __tmp_reg__

*Stack--=0x80;

//SREG在任務(wù)中，開啟全局中斷

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; //將人工堆棧的棧頂，保存到堆棧的數(shù)組中

OSRdyTbl|=0x01<

}

//開始任務(wù)調(diào)度,從最低優(yōu)先級的任務(wù)的開始

void OSStartTask()

{

OSTaskRunningPrio=OS_TASKS;

SP=TCB[OS_TASKS].OSTaskStackTop+17;

__asm__ __volatile__( "reti" "nt" );

}

//進行任務(wù)調(diào)度

void OSSched(void)

{

__asm__ __volatile__("LDI R16,0x01 nt");

//清除中斷要求任務(wù)切換的標(biāo)志位,設(shè)置正在任務(wù)切換標(biāo)志位

__asm__ __volatile__("SEI nt");

//開中斷,因為如果因中斷在任務(wù)調(diào)度中進行,要重新進行調(diào)度時，已經(jīng)關(guān)中斷

//根據(jù)中斷時保存寄存器的次序入棧，模擬一次中斷后，入棧的情況

__asm__ __volatile__("PUSH __zero_reg__ nt"); //R1

__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__ nt"); //R0

__asm__ __volatile__("IN __tmp_reg__,__SREG__ nt"); //保存狀態(tài)寄存器SREG

__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__ nt");

__asm__ __volatile__("CLR __zero_reg__ nt"); //R0重新清零

__asm__ __volatile__("PUSH R18 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R19 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R20 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R21 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R22 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R23 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R24 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R25 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R26 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R27 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R30 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R31 nt");

__asm__ __volatile__("Int_OSSched: nt"); //當(dāng)中斷要求調(diào)度，直接進入這里

__asm__ __volatile__("SEI nt");

//開中斷,因為如果因中斷在任務(wù)調(diào)度中進行，已經(jīng)關(guān)中斷

__asm__ __volatile__("PUSH R28 nt"); //R28與R29用于建立在堆棧上的指針

__asm__ __volatile__("PUSH R29 nt"); //入棧完成

TCB[OSTaskRunningPrio].OSTaskStackTop=SP; //將正在運行的任務(wù)的堆棧底保存

unsigned char OSNextTaskPrio; //在現(xiàn)有堆棧上開設(shè)新的空間

for (OSNextTaskPrio = 0; //進行任務(wù)調(diào)度

OSNextTaskPrio < OS_TASKS && !(OSRdyTbl & (0x01<

OSNextTaskPrio++);

OSTaskRunningPrio = OSNextTaskPrio ;

cli(); //保護堆棧轉(zhuǎn)換

SP=TCB[OSTaskRunningPrio].OSTaskStackTop;

sei();

//根據(jù)中斷時的出棧次序

__asm__ __volatile__("POP R29 nt");

__asm__ __volatile__("POP R28 nt");

__asm__ __volatile__("POP R31 nt");

__asm__ __volatile__("POP R30 nt");

__asm__ __volatile__("POP R27 nt");

__asm__ __volatile__("POP R26 nt");

__asm__ __volatile__("POP R25 nt");

__asm__ __volatile__("POP R24 nt");

__asm__ __volatile__("POP R23 nt");

__asm__ __volatile__("POP R22 nt");

__asm__ __volatile__("POP R21 nt");

__asm__ __volatile__("POP R20 nt");

__asm__ __volatile__("POP R19 nt");

__asm__ __volatile__("POP R18 nt");

__asm__ __volatile__("POP __tmp_reg__ nt"); //SERG出棧并恢復(fù)

__asm__ __volatile__("OUT __SREG__,__tmp_reg__ nt"); //

__asm__ __volatile__("POP __tmp_reg__ nt"); //R0出棧

__asm__ __volatile__("POP __zero_reg__ nt"); //R1出棧

//中斷時出棧完成

__asm__ __volatile__("CLI nt"); //關(guān)中斷

__asm__ __volatile__("SBRC R16,1 nt"); //SBRC當(dāng)寄存器位為0剛跳過下一條指令

//檢查是在調(diào)度時，是否有中斷要求任務(wù)調(diào)度0x02是中斷要求調(diào)度的標(biāo)志位

__asm__ __volatile__("RJMP OSSched nt"); //重新調(diào)度

__asm__ __volatile__("LDI R16,0x00 nt");

//清除中斷要求任務(wù)切換的標(biāo)志位,清除正在任務(wù)切換標(biāo)志位

__asm__ __volatile__("RETI nt"); //返回并開中斷

}

//從中斷退出并進行調(diào)度

void IntSwitch(void)

{

//當(dāng)中斷無嵌套，并且沒有在切換任務(wù)的過程中，直接進行任務(wù)切換

if(OSCoreState == 0x02 && IntNum==0)

{

//進入中斷時，已經(jīng)保存了SREG和R0,R1,R18~R27,R30,R31

__asm__ __volatile__("POP R31 nt"); //去除因調(diào)用子程序而入棧的PC

__asm__ __volatile__("POP R31 nt");

__asm__ __volatile__("LDI R16,0x01 nt");

//清除中斷要求任務(wù)切換的標(biāo)志位,設(shè)置正在任務(wù)切換標(biāo)志位

__asm__ __volatile__("RJMP Int_OSSched nt"); //重新調(diào)度

}

}

////////////////////////////////////////////任務(wù)處理

//掛起任務(wù)

void OSTaskSuspend(unsigned char prio)

{

TCB[prio].OSWaitTick=0;

OSRdyTbl &= ~(0x01<

if(OSTaskRunningPrio==prio) //當(dāng)要掛起的任務(wù)為當(dāng)前任務(wù)

OSSched(); //從新調(diào)度

}

//恢復(fù)任務(wù)可以讓被OSTaskSuspend或OSTimeDly暫停的任務(wù)恢復(fù)

void OSTaskResume(unsigned char prio)

{

OSRdyTbl |= 0x01<

TCB[prio].OSWaitTick=0; //將時間計時設(shè)為0,到時

if(OSTaskRunningPrio>prio) //當(dāng)要當(dāng)前任務(wù)的優(yōu)先級低于重置位的任務(wù)的優(yōu)先級

OSSched(); //從新調(diào)度//從新調(diào)度

}

//任務(wù)延時

void OSTimeDly(unsigned int ticks)

{

if(ticks) //當(dāng)延時有效

{

OSRdyTbl &= ~(0x01<

TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick=ticks;

OSSched(); //從新調(diào)度

}

}

//信號量

struct SemBlk

{

unsigned char OSEventType; //型號0,信號量獨占型；1信號量共享型

unsigned char OSEventState; //狀態(tài)0,不可用;1,可用

unsigned char OSTaskPendTbl; //等待信號量的任務(wù)列表

} Sem[10];

//初始化信號量

void OSSemCreat(unsigned char Index,unsigned char Type)

{

Sem[Index].OSEventType=Type; //型號0,信號量獨占型；1信號量共享型

Sem[Index].OSTaskPendTbl=0;

Sem[Index].OSEventState=0;

}

//任務(wù)等待信號量,掛起

//當(dāng)Timeout==0xffff時，為無限延時

unsigned char OSTaskSemPend(unsigned char Index,unsigned int Timeout)

{

//unsigned char i=0;

if(Sem[Index].OSEventState) //信號量有效

{

if(Sem[Index].OSEventType==0) //如果為獨占型

Sem[Index].OSEventState = 0x00; //信號量被獨占，不可用

}

else

{ //加入信號的任務(wù)等待表

Sem[Index].OSTaskPendTbl |= 0x01<

TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick=Timeout; //如延時為0，剛無限等待

OSRdyTbl &= ~(0x01<

OSSched(); //從新調(diào)度

if(TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick==0 ) //超時，未能拿到資源

return 0;

}

return 1;

}

//發(fā)送一個信號量，可以從任務(wù)或中斷發(fā)送

void OSSemPost(unsigned char Index)

{

if(Sem[Index].OSEventType) //當(dāng)要求的信號量是共享型

{

Sem[Index].OSEventState=0x01; //使信號量有效

OSRdyTbl |=Sem [Index].OSTaskPendTbl; //使在等待該信號的所有任務(wù)就緒Sem[Index].OSTaskPendTbl=0; //清空所有等待該信號的等待任務(wù)

}

else //當(dāng)要求的信號量為獨占型

{

unsigned char i;

for (i = 0; i < OS_TASKS && !(Sem[Index].OSTaskPendTbl & (0x01<

if(i < OS_TASKS) //如果有任務(wù)需要

{

Sem[Index].OSTaskPendTbl &= ~(0x01<

OSRdyTbl |= 0x01<

}

else

{

Sem[Index].OSEventState =1; //使信號量有效

}

}

}

//從任務(wù)發(fā)送一個信號量，并進行調(diào)度

void OSTaskSemPost(unsigned char Index)

{

OSSemPost(Index);

OSSched();

}

//清除一個信號量,只對共享型的有用。

//對于獨占型的信號量，在任務(wù)占用后，就交得不可以用了。

void OSSemClean(unsigned char Index)

{

Sem[Index].OSEventState =0; //要求的信號量無效

}

void TCN0Init(void) //計時器0

{

TCCR0 = 0;

TCCR0 |= (1<

TIMSK |= (1<

TCNT0 = 100; //置計數(shù)起始值

}

SIGNAL(SIG_OVERFLOW0)

{

IntNum++; //中斷嵌套+1

sei(); //在中斷中，重開中斷

unsigned char i;

for(i=0;i

{

if(TCB[i].OSWaitTick && TCB[i].OSWaitTick!=0xffff)

{

TCB[i].OSWaitTick--;

if(TCB[i].OSWaitTick==0) //當(dāng)任務(wù)時鐘到時,必須是由定時器減時的才行

{

OSRdyTbl |= (0x01<

OSCoreState|=0x02; //要求任務(wù)切換的標(biāo)志位

}

}

}

TCNT0=100;

cli();

IntNum--; //中斷嵌套-1

IntSwitch(); //進行任務(wù)調(diào)度

}

unsigned char __attribute__ ((progmem)) proStrA[]="Task ";

unsigned char strA[20];

SIGNAL(SIG_UART_RECV) //串口接收中斷

{

strA[0]=UDR;

}

/////////////////////////////////////串口發(fā)送

unsigned char *pstr_UART_Send;

unsigned int nUART_Sending=0;

void UART_Send(unsigned char *Res,unsigned int Len) //發(fā)送字符串?dāng)?shù)組

{

if(Len>0)

{

pstr_UART_Send=Res; //發(fā)送字串的指針

nUART_Sending=Len; //發(fā)送字串的長度

UCSRB=0xB8; //發(fā)送中斷使能

}

}

//SIGNAL在中斷期間，其它中斷禁止

SIGNAL(SIG_UART_DATA) //串口發(fā)送數(shù)據(jù)中斷

{

IntNum++; //中斷嵌套+1,不充許中斷

if(nUART_Sending) //如果未發(fā)完

{

UDR=*pstr_UART_Send; //發(fā)送字節(jié)

pstr_UART_Send++; //發(fā)送字串的指針加1

nUART_Sending--; //等待發(fā)送的字串?dāng)?shù)減1

}

if(nUART_Sending==0) //當(dāng)已經(jīng)發(fā)送完

{

OSSemPost(0);

OSCoreState|=0x02; //要求任務(wù)切換的標(biāo)志位

UCSRB=0x98;

}

cli(); //關(guān)發(fā)送中斷

IntNum--;

IntSwitch(); //進行任務(wù)調(diào)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，從編程器中讀出

//UCSRB=(1<

UCSRB=0x98;

//UCSRB=0x08;

UBRRL=(fosc/16/(baud+1))%256;

UBRRH=(fosc/16/(baud+1))/256;

UCSRC=(1<

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

{

*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();

}