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原创 建立一个属于自己的AVR的RTOS(第七篇:占先式内核(只带延时服务) )

2010-5-6 08:40 2087 7 7 分类: MCU/ 嵌入式
第七篇:占先式内核(只带延时服务) 

                                           Preemptive Multitasking
    当大家理解时间片轮番调度法的任务调度方式后，占先式的内核的原理，已经伸手可及了。
    先想想，占先式内核是在什么地方实现任务调度的呢？对了，它在可以在任务中进行调度，这个在协作式的内核中已经做到了；同时，它也可以在中断结束后进行调度，这个问题，已经在时间片轮番调度法中已经做到了。
    
    由于中断是可以嵌套的，只有当各层嵌套中要求调度，并且中断嵌套返回到最初进入的中断的那一层时，才能进行任务调度。
  
#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
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<<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)
{ 

  __asm__ __volatile__("LDI  R16,0x01             
\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                       
\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__         
\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__("Int_OSSched:              
\t");  //当中断要求调度，直接进入这里
  __asm__ __volatile__("SEI                       
\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                  
\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 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)); 
    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                  
\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
  __asm__ __volatile__("CLI                       
\t");  //关中断    
  __asm__ __volatile__("SBRC R16,1                
\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              
\t");  //重新调度
  __asm__ __volatile__("LDI  R16,0x00             
\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                      
\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                  
\t");  //去除因调用子程序而入栈的PC
    __asm__ __volatile__("POP  R31                  
\t");
    __asm__ __volatile__("LDI  R16,0x01             
\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          
\t");  //重新调度
  }
}

// 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
  }
}



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)
{
  IntNum++;     //中断嵌套+1
  sei();  //在中断中，重开中断
    
  unsigned char i,j=0;
  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);         //使任务可以重新运行
        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
}

void Task0()
{
  unsigned int j=0;
  while(1)
  {            
    PORTB=j++;
    OSTimeDly(50);
  }
}

void Task1()
{
  unsigned int j=0;
  while(1)
  {
    PORTC=j++;
    OSTimeDly(20);
  }
}

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



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


int main(void)
{    
  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();
}

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