建立一个AVR单片机RTOS（7）—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

#include

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<

}

//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" "nt" );

}

//进行任务调度

void OSSched(void)

{

__asm__ __volatile__("LDI R16,0x01 nt");

//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 nt");

//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__ 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__("PUSH R18 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R19 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R20 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R21 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R22 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R23 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R24 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R25 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R26 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R27 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R30 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R31 nt");

__asm__ __volatile__("Int_OSSched: nt"); //当中断要求调度，直接进入这里

__asm__ __volatile__("SEI nt");

//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 nt"); //R28与R29用于建立在堆栈上的指针

__asm__ __volatile__("PUSH R29 nt"); //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++);

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 nt");

__asm__ __volatile__("POP R28 nt");

__asm__ __volatile__("POP R31 nt");

__asm__ __volatile__("POP R30 nt");

__asm__ __volatile__("POP R27 nt");

__asm__ __volatile__("POP R26 nt");

__asm__ __volatile__("POP R25 nt");

__asm__ __volatile__("POP R24 nt");

__asm__ __volatile__("POP R23 nt");

__asm__ __volatile__("POP R22 nt");

__asm__ __volatile__("POP R21 nt");

__asm__ __volatile__("POP R20 nt");

__asm__ __volatile__("POP R19 nt");

__asm__ __volatile__("POP R18 nt");

__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

__asm__ __volatile__("CLI nt"); //关中断

__asm__ __volatile__("SBRC R16,1 nt"); //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 nt"); //重新调度

__asm__ __volatile__("LDI R16,0x00 nt");

//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 nt"); //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 nt"); //去除因调用子程序而入栈的PC

__asm__ __volatile__("POP R31 nt");

__asm__ __volatile__("LDI R16,0x01 nt");

//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 nt"); //重新调度

}

}

//任务延时

void OSTimeDly(unsigned int ticks)

{

if(ticks) //当延时有效

{

OSRdyTbl &= ~(0x01<

TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick=ticks;

OSSched(); //从新调度

}

}

void TCN0Init(void) //计时器0

{

TCCR0 = 0;

TCCR0 |= (1<

TIMSK |= (1<

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

{

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<

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();

}