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<avr/io.h>
#include<avr/Interrupt.h>
#include<avr/signal.h>
unsignedcharStack[400];
registerunsignedcharOSRdyTblasm("r2");//任务运行就绪表
registerunsignedcharOSTaskRunningPrioasm("r3");//正在运行的任务
registerunsignedcharIntNumasm("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
registerunsignedcharOSCoreStateasm("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LDIR16,0x01
//0x01正在任务切换0x02有中断要求切换
#defineOS_TASKS3//设定运行任务的数量
structTaskCtrBlock
{
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<<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
voidOSStartTask()
{
OSTaskRunningPrio=OS_TASKS;
SP=TCB[OS_TASKS].OSTaskStackTop+17;
__asm____volatile__("reti""
t");
}
//进行任务调度
voidOSSched(void)
{
__asm____volatile__("LDIR16,0x01
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__("PUSHR18
t");
__asm____volatile__("PUSHR19
t");
__asm____volatile__("PUSHR20
t");
__asm____volatile__("PUSHR21
t");
__asm____volatile__("PUSHR22
t");
__asm____volatile__("PUSHR23
t");
__asm____volatile__("PUSHR24
t");
__asm____volatile__("PUSHR25
t");
__asm____volatile__("PUSHR26
t");
__asm____volatile__("PUSHR27
t");
__asm____volatile__("PUSHR30
t");
__asm____volatile__("PUSHR31
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__("PUSHR28
t");//R28与R29用于建立在堆栈上的指针
__asm____volatile__("PUSHR29
t");//入栈完成
TCB[OSTaskRunningPrio].OSTaskStackTop=SP;//将正在运行的任务的堆栈底保存
unsignedcharOSNextTaskPrio;//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__("POPR29
t");
__asm____volatile__("POPR28
t");
__asm____volatile__("POPR31
t");
__asm____volatile__("POPR30
t");
__asm____volatile__("POPR27
t");
__asm____volatile__("POPR26
t");
__asm____volatile__("POPR25
t");
__asm____volatile__("POPR24
t");
__asm____volatile__("POPR23
t");
__asm____volatile__("POPR22
t");
__asm____volatile__("POPR21
t");
__asm____volatile__("POPR20
t");
__asm____volatile__("POPR19
t");
__asm____volatile__("POPR18
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__("SBRCR16,1
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__("RJMPOSSched
t");//重新调度
__asm____volatile__("LDIR16,0x00
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
voidIntSwitch(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__("POPR31
t");//去除因调用子程序而入栈的PC
__asm____volatile__("POPR31
t");
__asm____volatile__("LDIR16,0x01
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__("RJMPInt_OSSched
t");//重新调度
}
}
////////////////////////////////////////////任务处理
//挂起任务
voidOSTaskSuspend(unsignedcharprio)
{
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
voidOSTaskResume(unsignedcharprio)
{
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
voidOSTimeDly(unsignedintticks)
{
if(ticks)//当延时有效
{
OSRdyTbl&=~(0x01<<OSTaskRunningPrio);
TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick=ticks;
OSSched();//从新调度
}
}
//信号量
structSemBlk
{
unsignedcharOSEventType;//型号0,信号量独占型；1信号量共享型
unsignedcharOSEventState;//状态0,不可用;1,可用
unsignedcharOSTaskPendTbl;//等待信号量的任务列表
}Sem[10];
//初始化信号量
voidOSSemCreat(unsignedcharIndex,unsignedcharType)
{
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
unsignedcharOSTaskSemPend(unsignedcharIndex,unsignedintTimeout)
{
//unsignedchari=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;
TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick=Timeout;//如延时为0，刚无限等待
OSRdyTbl&=~(0x01<<OSTaskRunningPrio);//从任务就绪表中去除
OSSched();//从新调度
if(TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick==0)//超时，未能拿到资源
return0;
}
return1;
}
//发送一个信号量，可以从任务或中断发送
voidOSSemPost(unsignedcharIndex)
{
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
{
unsignedchari;
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
voidOSTaskSemPost(unsignedcharIndex)
{
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。
voidOSSemClean(unsignedcharIndex)
{
Sem[Index].OSEventState=0;//要求的信号量无效
}
voidTCN0Init(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
unsignedchari;
for(i=0;i<OS_TASKS;i++)//任务时钟
{
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<<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
}
unsignedchar__attribute__((progmem))proStrA[]="Task";
unsignedcharstrA[20];
SIGNAL(SIG_UART_RECV)//串口接收中断
{
strA[0]=UDR;
}
/////////////////////////////////////串口发送
unsignedchar*pstr_UART_Send;
unsignedintnUART_Sending=0;
voidUART_Send(unsignedchar*Res,unsignedintLen)//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
}
voidUARTInit()//初始化串口
{
#definefosc8000000//晶振8MHZUBRRL=(fosc/16/(baud+1))%256;
#definebaud9600//波特率
OSCCAL=0x97;//串口波特率校正值，从编程器中读出
//UCSRB=(1<<RXEN)|(1<<TXEN);//允许发送和接收
UCSRB=0x98;
//UCSRB=0x08;
UBRRL=(fosc/16/(baud+1))%256;
UBRRH=(fosc/16/(baud+1))/256;
UCSRC=(1<<URSEL)|(1<<UCSZ1)|(1<<UCSZ0);//8位数据+1位STOP位
UCSRB=0xB8;
UDR=0;
}
//打印unsignedint到字符串中00000
voidstrPUT_uInt(unsignedchar*Des,unsignedinti)
{
unsignedcharj;
Des=Des+4;
for(j=0;j<5;j++)
{
*Des=i%10+'0';
i=i/10;
Des--;
}
}
voidstrPUT_Star(unsignedchar*Des,unsignedchari)
{
unsignedcharj;
for(j=0;j<i;j++)
{
*Des++='*';
}
*Des++=13;
}
unsignedintstrPUT_TaskState(unsignedchar*Des,
unsignedcharTaskID,
unsignedcharNum)
{
//unsignedinti=0;
*(Des+4)='0'+TaskID;
strPUT_uInt(Des+6,Num);
strPUT_Star(Des+12,TaskID);
return12+TaskID+1;
}
voidTask0()
{
unsignedintj=0;
while(1)
{
PORTB=j++;
if(OSTaskSemPend(0,0xffff))
{
unsignedintm;
m=strPUT_TaskState(strA,OSTaskRunningPrio,j);
UART_Send(strA,m);
}
OSTimeDly(200);
}
}
voidTask1()
{
unsignedintj=0;
while(1)
{
PORTC=j++;
if(OSTaskSemPend(0,0xffff))
{
unsignedintm;
m=strPUT_TaskState(strA,OSTaskRunningPrio,j);
UART_Send(strA,m);
}
OSTimeDly(100);
}
}
voidTask2()
{
unsignedintj=0;
while(1)
{
if(OSTaskSemPend(0,0xffff))
{
unsignedintm;
m=strPUT_TaskState(strA,OSTaskRunningPrio,j);
UART_Send(strA,m);
}
PORTD=j++;
OSTimeDly(50);
}
}
voidTaskScheduler()
{
OSSched();
while(1)
{
}
}
intmain(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();
}
结束语
本文中的例子，基本上用WinAVR和Proteus调试仿真成功，一定可能存在某些方面的缺陷,因为工作上时间的压力，就没有进一步查找。
但我相信，大家通过学习，会一步步了解一个内核的具体实现形式，慢慢完善，并且最终写出一个属于自己的内核。
当掌握一定的基本知识后，再回头看看UCOSII和smallrots51等，可能会有更深的体会，对进一步了解嵌入式系统和操作系统，条理会更加明析。希望本文能帮助大家做到这一点。
希望大家能够提出自己宝贵的意见，我会进行阶段性的总结，并尽可能地不断改进。
牛顿曾说过，“我能够看得更远，是因为站在巨人的肩膀上。”
希望大家都能出一份力，推动我们的嵌入式的事业的进一步发展。