建立一个AVR单片机RTOS（8）—占先式内核(完善的服务)

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

#include

#include

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<

}

 

//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" "\n\t" );

}

 

//进行任务调度

void OSSched(void)

{

__asm__ __volatile__("LDI R16,0x01 \n\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 \n\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__ \n\t"); //R1

__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__ \n\t"); //R0

__asm__ __volatile__("IN __tmp_reg__,__SREG__ \n\t"); //保存状态寄存器SREG

__asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__ \n\t");

__asm__ __volatile__("CLR __zero_reg__ \n\t"); //R0重新清零

__asm__ __volatile__("PUSH R18 \n\t");

__asm__ __volatile__("PUSH R19 \n\t");

__asm__ __volatile__("PUSH R20 \n\t");

__asm__ __volatile__("PUSH R21 \n\t");

__asm__ __volatile__("PUSH R22 \n\t");

__asm__ __volatile__("PUSH R23 \n\t");

__asm__ __volatile__("PUSH R24 \n\t");

__asm__ __volatile__("PUSH R25 \n\t");

__asm__ __volatile__("PUSH R26 \n\t");

__asm__ __volatile__("PUSH R27 \n\t");

__asm__ __volatile__("PUSH R30 \n\t");

__asm__ __volatile__("PUSH R31 \n\t");

__asm__ __volatile__("Int_OSSched: \n\t"); //当中断要求调度，直接进入这里

__asm__ __volatile__("SEI \n\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 \n\t"); //R28与R29用于建立在堆栈上的指针

__asm__ __volatile__("PUSH R29 \n\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++);

 

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 \n\t");

__asm__ __volatile__("POP R28 \n\t");

__asm__ __volatile__("POP R31 \n\t");

__asm__ __volatile__("POP R30 \n\t");

__asm__ __volatile__("POP R27 \n\t");

__asm__ __volatile__("POP R26 \n\t");

__asm__ __volatile__("POP R25 \n\t");

__asm__ __volatile__("POP R24 \n\t");

__asm__ __volatile__("POP R23 \n\t");

__asm__ __volatile__("POP R22 \n\t");

__asm__ __volatile__("POP R21 \n\t");

__asm__ __volatile__("POP R20 \n\t");

__asm__ __volatile__("POP R19 \n\t");

__asm__ __volatile__("POP R18 \n\t");

__asm__ __volatile__("POP __tmp_reg__ \n\t"); //SERG 出栈并恢复

__asm__ __volatile__("OUT __SREG__,__tmp_reg__ \n\t"); //

__asm__ __volatile__("POP __tmp_reg__ \n\t"); //R0 出栈

__asm__ __volatile__("POP __zero_reg__ \n\t"); //R1 出栈

//中断时出栈完成

__asm__ __volatile__("CLI \n\t"); //关中断

__asm__ __volatile__("SBRC R16,1 \n\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 \n\t"); //重新调度

__asm__ __volatile__("LDI R16,0x00 \n\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 \n\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 \n\t"); //去除因调用子程序而入栈的PC

__asm__ __volatile__("POP R31 \n\t");

__asm__ __volatile__("LDI R16,0x01 \n\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 \n\t"); //重新调度

}

}

 

////////////////////////////////////////////任务处理

//挂起任务

void OSTaskSuspend(unsigned char prio)

{

TCB[prio].OSWaitTick=0;

OSRdyTbl &= ~(0x01<

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<

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<

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<

TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick=Timeout; //如延时为0，刚无限等待

OSRdyTbl &= ~(0x01<

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<

if(i < OS_TASKS) //如果有任务需要

{

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

OSRdyTbl |= 0x01<

}

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<

TIMSK |= (1<

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

{

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

{

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 |= (0x01<

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<

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();

}