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smallrots，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
WinAVRv2.0.5.48基于GCCAVR的编译环境，好处在于可以在C语言中插入asm的语句
mega81K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JeanJ.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Rtosformega8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
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
MCUType:mega8
Optimizationlevel:s
Debugformat:AVR-COFF
C/C++sourcefile:选译要编译的C文件
#include
voidfun1(void)
{
unsignedchari=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01<<(i%8);
}
}
intmain(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
voidfun1(void)
{
unsignedchari=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01<<(i%8);
}
}
void(*pfun)();//指向函数的指针
intmain(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
voidfun1(void)
{
unsignedchari=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01<<(i%8);
}
}
voidRunFun(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
}
intmain(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
ldir24,lo8(pm(fun1))
ldir25,hi8(pm(fun1))
rcallRunFun
对voidRunFun(void(*pfun)())的编译如下
/*voidRunFun(void(*pfun)())*/
/*(*pfun)();*/
.LM6:
movwr30,r24
icall
ret
在调用voidRunFun(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
voidfun1(void)
{
unsignedchari=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01<<(i%8);
}
}
unsignedcharStack[100];//建立一个100字节的人工堆栈
voidRunFunInNewStack(void(*pfun)(),unsignedchar*pStack)
{
*pStack--=(unsignedint)pfun>>8;//将函数的地址高位压入堆栈，
*pStack--=(unsignedint)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__("RETnt");//返回并开中断,开始运行fun1()
}
intmain(void)
{
RunFunInNewStack(fun1,&Stack[99]);
}
RunFunInNewStack(),将指向函数的指针的值保存到一个unsignedchar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__("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
#include
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
#include
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。”
#include
#include
#include
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;i<14;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|=0x01<
}
//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__("reti""nt");
}
//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
OSNextTaskID
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&=~(0x01<
TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick=ticks;
OSSched();//从新调度
}
}
voidTCN0Init(void)//计时器0
{
TCCR0=0;
TCCR0|=(1<
TIMSK|=(1<
TCNT0=100;//置计数起始值
}
SIGNAL(SIG_OVERFLOW0)
{
unsignedchari;
for(i=0;i
{
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|=(0x01<
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