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。