建立一个属于自己的AVR的RTOS

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__(PUSHR0nt);
__asm____volatile__(PUSHR1nt);
......
__asm____volatile__(PUSHR31nt);

出栈
__asm____volatile__(POPR31nt);
......
__asm____volatile__(POPR1nt);
__asm____volatile__(POPR0nt);

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smallrots51,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WinAVR中的帮助文件avr-libcManual中的RelatedPages中的FrequentlyAskedQuestions,其实有一个问题是WhatregistersareusedbytheCcompiler?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
1Call-usedregisters(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。

2Call-savedregisters(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。

3Fixedregisters(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Howtopermanentlybindavariabletoaregister?,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InlineAsm中的CNamesUsedinAssemblerCode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

#includeavr/io.h>

unsignedcharadd(unsignedcharb,unsignedcharc,unsignedchard)
{
returnb+c*d;
}

intmain(void)
{
unsignedchara=0;
while(1)
{
a++;
PORTB=add(a,a,a);
}
}

在本例中，add(a,a,a);被编译如下:
movr20,r28
movr22,r28
movr24,r28
rcalladd

第二个例子：定义通用寄存器为变量

#includeavr/io.h>

unsignedcharadd(unsignedcharb,unsignedcharc,unsignedchard)
{
returnb+c*d;
}

registerunsignedcharaasm(r20);//将r20定义为变量a

intmain(void)
{

while(1)
{
a++;
PORTB=add(a,a,a);
}
}

在本例中，add(a,a,a);被编译如下:
movr22,r20
movr24,r20
rcalladd

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

CooperativeMultitasking

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21IC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。”

#includeavr/io.h>
#includeavr/Interrupt.h>
#includeavr/signal.h>
unsignedcharStack[200];

registerunsignedcharOSRdyTblasm(r2);//任务运行就绪表
registerunsignedcharOSTaskRunningPrioasm(r3);//正在运行的任务

#defineOS_TASKS3//设定运行任务的数量
structTaskCtrBlock//任务控制块
{
unsignedintOSTaskStackTop;//保存任务的堆栈顶
unsignedintOSWaitTick;//任务延时时钟
}TCB[OS_TASKS+1];

//防止被编译器占用
registerunsignedchartempR4asm(r4);
registerunsignedchartempR5asm(r5);
registerunsignedchartempR6asm(r6);
registerunsignedchartempR7asm(r7);
registerunsignedchartempR8asm(r8);
registerunsignedchartempR9asm(r9);
registerunsignedchartempR10asm(r10);
registerunsignedchartempR11asm(r11);
registerunsignedchartempR12asm(r12);
registerunsignedchartempR13asm(r13);
registerunsignedchartempR14asm(r14);
registerunsignedchartempR15asm(r15);
registerunsignedchartempR16asm(r16);
registerunsignedchartempR16asm(r17);

//建立任务
voidOSTaskCreate(void(*Task)(void),unsignedchar*Stack,unsignedcharTaskID)
{
unsignedchari;
*Stack--=(unsignedint)Task>>8;//将任务的地址高位压入堆栈，
*Stack--=(unsignedint)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;i14;i++)//在avr-libc中的FAQ中的WhatregistersareusedbytheCcompiler?
*Stack--=i;//描述了寄存器的作用
TCB[TaskID].OSTaskStackTop=(unsignedint)Stack;//将人工堆栈的栈顶，保存到堆栈的数组中
OSRdyTbl|=0x01TaskID;//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
voidOSStartTask()
{
OSTaskRunningPrio=OS_TASKS;
SP=TCB[OS_TASKS].OSTaskStackTop+17;
__asm____volatile__(retint);
}

//进行任务调度
voidOSSched(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__nt);//R1
__asm____volatile__(PUSH__tmp_reg__nt);//R0
__asm____volatile__(IN__tmp_reg__,__SREG__nt);//保存状态寄存器SREG
__asm____volatile__(PUSH__tmp_reg__nt);
__asm____volatile__(CLR__zero_reg__nt);//R0重新清零
__asm____volatile__(PUSHR18nt);
__asm____volatile__(PUSHR19nt);
__asm____volatile__(PUSHR20nt);
__asm____volatile__(PUSHR21nt);
__asm____volatile__(PUSHR22nt);
__asm____volatile__(PUSHR23nt);
__asm____volatile__(PUSHR24nt);
__asm____volatile__(PUSHR25nt);
__asm____volatile__(PUSHR26nt);
__asm____volatile__(PUSHR27nt);
__asm____volatile__(PUSHR30nt);
__asm____volatile__(PUSHR31nt);
__asm____volatile__(PUSHR28nt);//R28与R29用于建立在堆栈上的指针
__asm____volatile__(PUSHR29nt);//入栈完成

TCB[OSTaskRunningPrio].OSTaskStackTop=SP;//将正在运行的任务的堆栈底保存

unsignedcharOSNextTaskID;//在现有堆栈上开设新的空间
for(OSNextTaskID=0;//进行任务调度
OSNextTaskIDOS_TASKS!(OSRdyTbl(0x01OSNextTaskID));
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__(POPR29nt);
__asm____volatile__(POPR28nt);
__asm____volatile__(POPR31nt);
__asm____volatile__(POPR30nt);
__asm____volatile__(POPR27nt);
__asm____volatile__(POPR26nt);
__asm____volatile__(POPR25nt);
__asm____volatile__(POPR24nt);
__asm____volatile__(POPR23nt);
__asm____volatile__(POPR22nt);
__asm____volatile__(POPR21nt);
__asm____volatile__(POPR20nt);
__asm____volatile__(POPR19nt);
__asm____volatile__(POPR18nt);
__asm____volatile__(POP__tmp_reg__nt);//SERG出栈并恢复
__asm____volatile__(OUT__SREG__,__tmp_reg__nt);//
__asm____volatile__(POP__tmp_reg__nt);//R0出栈
__asm____volatile__(POP__zero_reg__nt);//R1出栈
//中断时出栈完成
}

voidOSTimeDly(unsignedintticks)
{
if(ticks)//当延时有效
{
OSRdyTbl=~(0x01OSTaskRunningPrio);
TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick=ticks;
OSSched();//从新调度
}
}

voidTCN0Init(void)//计时器0
{
TCCR0=0;
TCCR0|=(1CS02);//256预分频
TIMSK|=(1TOIE0);//T0溢出中断允许
TCNT0=100;//置计数起始值

}

SIGNAL(SIG_OVERFLOW0)
{
unsignedchari;
for(i=0;iOS_TASKS;i++)//任务时钟
{
if(TCB[i].OSWaitTick)
{
TCB[i].OSWaitTick--;
if(TCB[i].OSWaitTick==0)//当任务时钟到时,必须是由定时器减时的才行
{
OSRdyTbl|=(0x01i);//使任务在就绪表中置位
}
}
}
TCNT0=100;
}

voidTask0()
{
unsignedintj=0;
while(1)
{
PORTB=j++;
OSTimeDly(2);
}
}

voidTask1()
{
unsignedintj=0;
while(1)
{
PORTC=j++;
OSTimeDly(4);
}
}

voidTask2()
{
unsignedintj=0;
while(1)
{
PORTD=j++;
OSTimeDly(8);
}
}

voidTaskScheduler()
{
while(1)
{
OSSched();//反复进行调度
}
}

intmain(void)
{
TCN0Init();
OSRdyTbl=0;
OSTaskRunningPrio=0;
OSTaskCreate(Task0,Stack[49],0);
OSTaskCreate(Task1,Stack[99],1);
OSTaskCreate(Task2,Stack[149],2);
OSTaskCreate(TaskScheduler,Stack[199],OS_TASKS);
OSStartTask();
}

在上面的例子中，一切变得很简单，三个正在运行的主任务，都通过延时服务，主动放弃对CPU的控制权。
在时间中断中，对各个任务的的延时进行计时，如果某个任务的延时结束，将任务重新在就绪表中置位。
最低级的系统任务TaskScheduler()，在三个主任务在放弃对CPU的控制权后开始不断地进行调度。如果某个任务在就绪表中置位，通过调度，进入最高级别的任务中继续运行。