原创 建立一个属于自己的AVR的RTOS(第五篇： 完善的协作式的内核)

第五篇： 完善的协作式的内核 

   现在为上面的协作式内核添加一些OS中所必须的服务：
   1  挂起和重新运行任务
   2  信号量(在必要时候，可以扩展成邮箱和信息队列)
   3  延时

   
#include <avr/io.h>
#include <avr/Interrupt.h>
#include <avr/signal.h>
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

#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<<TaskID;      //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
void OSStartTask()        
{
  OSTaskRunningPrio=OS_TASKS;
  SP=TCB[OS_TASKS].OSTaskStackTop+17;
  __asm__ __volatile__(    "reti"       "
\t"  ); 
}

//进行任务调度
void OSSched(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__         
\t");  //R1
  __asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__          
\t");  //R0 
  __asm__ __volatile__("IN   __tmp_reg__,__SREG__ 
\t");  //保存状态寄存器SREG
  __asm__ __volatile__("PUSH __tmp_reg__          
\t");
  __asm__ __volatile__("CLR  __zero_reg__         
\t");  //R0重新清零
  __asm__ __volatile__("PUSH R18                  
\t");
  __asm__ __volatile__("PUSH R19                  
\t");
  __asm__ __volatile__("PUSH R20                  
\t");
  __asm__ __volatile__("PUSH R21                  
\t");
  __asm__ __volatile__("PUSH R22                  
\t");
  __asm__ __volatile__("PUSH R23                  
\t");
  __asm__ __volatile__("PUSH R24                  
\t");
  __asm__ __volatile__("PUSH R25                  
\t");
  __asm__ __volatile__("PUSH R26                  
\t");
  __asm__ __volatile__("PUSH R27                  
\t");
  __asm__ __volatile__("PUSH R30                  
\t");    
  __asm__ __volatile__("PUSH R31                  
\t");
  __asm__ __volatile__("PUSH R28                  
\t");  //R28与R29用于建立在堆栈上的指针
  __asm__ __volatile__("PUSH R29                  
\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 OSNextTaskID;                             //在现有堆栈上开设新的空间 
  for (OSNextTaskID = 0;                                  //进行任务调度
    OSNextTaskID < OS_TASKS && !(OSRdyTbl & (0x01<<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__("POP  R29                  
\t");    
  __asm__ __volatile__("POP  R28                  
\t");        
  __asm__ __volatile__("POP  R31                  
\t");    
  __asm__ __volatile__("POP  R30                  
\t");    
  __asm__ __volatile__("POP  R27                  
\t");    
  __asm__ __volatile__("POP  R26                  
\t");    
  __asm__ __volatile__("POP  R25                  
\t");    
  __asm__ __volatile__("POP  R24                  
\t");    
  __asm__ __volatile__("POP  R23                  
\t");    
  __asm__ __volatile__("POP  R22                  
\t");    
  __asm__ __volatile__("POP  R21                  
\t");    
  __asm__ __volatile__("POP  R20                  
\t");    
  __asm__ __volatile__("POP  R19                  
\t");
  __asm__ __volatile__("POP  R18                  
\t");
  __asm__ __volatile__("POP  __tmp_reg__          
\t");      //SERG 出栈并恢复
  __asm__ __volatile__("OUT  __SREG__,__tmp_reg__ 
\t");      //
  __asm__ __volatile__("POP  __tmp_reg__          
\t");      //R0 出栈
  __asm__ __volatile__("POP  __zero_reg__         
\t");      //R1 出栈
  //中断时出栈完成
}


////////////////////////////////////////////任务处理
//挂起任务
void OSTaskSuspend(unsigned char prio) 
{
  TCB[prio].OSWaitTick=0;
  OSRdyTbl &= ~(0x01<<prio); //从任务就绪表上去除标志位
  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<<prio;    //从任务就绪表上重置标志位
    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<<OSTaskRunningPrio);         
    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
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<<OSTaskRunningPrio; 
    OSRdyTbl &= ~(0x01<<OSTaskRunningPrio);  //从任务就绪表中去除    
    TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick=Timeout;    //如延时为0，刚无限等待
    OSSched();   //从新调度
    if(TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick==0) 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<<i));  i++);
    if(i < OS_TASKS)                       //如果有任务需要
    {
      Sem[Index].OSTaskPendTbl &= ~(0x01<<i); //从等待表中去除
      OSRdyTbl |= 0x01<<i;                     //任务就绪
    }
    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<<CS02);  // 256预分频
  TIMSK |= (1<<TOIE0); // T0溢出中断允许                  
  TCNT0 = 100;         // 置计数起始值
    
}


SIGNAL(SIG_OVERFLOW0)
{
  unsigned char i;
  for(i=0;i<OS_TASKS;i++)       //任务时钟
  {
    if(TCB.OSWaitTick) 
    {
      TCB.OSWaitTick--;
      if(TCB.OSWaitTick==0)     //当任务时钟到时,必须是由定时器减时的才行
      {  
        OSRdyTbl |= (0x01<<i);     //使任务在就绪表中置位   
      }
    }
  }
  TCNT0=100;
}

void Task0()
{
  unsigned int j=0;
  while(1)
  {            
    PORTB=j++;
    OSTaskSuspend(1);    //挂起任务1 
    OSTaskSemPost(0);
    OSTimeDly(50);
    OSTaskResume(1);     //恢复任务1
    OSSemClean(0);
    OSTimeDly(50);
  }
}

void Task1()
{
  unsigned int j=0;
  while(1)
  {
    PORTC=j++;
    OSTimeDly(5);
  }
}

void Task2()
{
  unsigned int j=0;
  while(1)
  {
      OSTaskSemPend(0,10);
    PORTD=j++; 
    OSTimeDly(5);  
  }
}



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


int main(void)
{    
  TCN0Init();
  OSRdyTbl=0;
  OSSemCreat(0,1);  //将信号量设为共享型
  OSTaskCreate(Task0,&Stack[99],0);
  OSTaskCreate(Task1,&Stack[199],1);
  OSTaskCreate(Task2,&Stack[299],2);
  OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack[399],OS_TASKS);
  OSStartTask();
}

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