建立一个属于自己的AVR的RTOS(mega128)
2009-09-2616:46
对原作者黄健昌先生表示由衷的感谢，正是这篇文章给我学习嵌入式操作系统铺平了道路，循序渐进、受益良多，由于正在使用mega128做项目，编译器为WinAVR20080610，所以将原文中的实例做了改动，并在开发板上进行了验证。出于对原作者的尊敬，只对原文做一些必要的改动，基本上维持原
貌。
第一篇：函数的运行
在一般的单片机系统中，是以前后台的方式(大循环+中断)来处理数据和作出反应的。
例子如下:
makefile的设定：运行WinAvr中的Mfile，设定如下
MCU Type:mega128
Optimization level:s
Debug format:AVR-COFF
C/C++source file：选译要编译的C文件
#include<avr/io.h>
#include<avr/Interrupt.h>
#include<util/delay.h>
void fun1(void)
{
unsigned char i=0;
while(1)
{
i++;
PORTC=0x01<<(i%8);
_delay_ms(200);
}
}
int main(void)
{
DDRC=0xFF;
fun1();
}
首先，提出一个问题：如果要调用一个函数，真是只能以上面的方式进行吗？
相信学习过C语言的各位会回答，No!我们还有一种方式，就是“用函数指针变量调用函数”，如果大家都和我一样，当初的教科书是谭浩强先生的《C程序设计》的话，请回书的第9.5节。
例子：用函数指针变量调用函数
#include<avr/io.h>
#include<avr/Interrupt.h>
#include<util/delay.h>
void fun1(void)
{
unsigned char i=0;
while(1)
{
i++;
PORTC=0x01<<(i%8);
_delay_ms(200);
}
}
void(*pfun)();//指向函数的指针
int main(void)
{
DDRC=0xFF;
pfun=fun1;//
(*pfun)();//运行指针所指向的函数
}
第二种，是“把指向函数的指针变量作函数参数”
#include<avr/io.h>
#include<avr/Interrupt.h>
#include<util/delay.h>
void fun1(void)
{
unsigned char i=0;
while(1)
{
i++;
PORTC=0x01<<(i%8);
_delay_ms(200);
}
}
void RunFun(void(*pfun)())//获得了要传递的函数的地址
{
(*pfun)();//在RunFun中，运行指针所指向的函数
}
int main(void)
{
DDRC=0xFF;
RunFun(fun1);//将函数的指针作为变量传递
}
看到上面的两种方式，很多人可能会说，“这的确不错”，但是这样与我们想要的RTOS，有什么关系呢？各位请细心向下看。
以下是GCC对上面的代码的编译的情况：
对main()中的RunFun(fun1)；的编译如下
ldi r24,lo8(pm(fun1))
ldi r25,hi8(pm(fun1))
rcall RunFun
对void RunFun(void(*pfun)())的编译如下
/*void RunFun(void(*pfun)())*/
/*(*pfun)();*/
.LM6:
movw r30,r24
icall
ret
在调用void RunFun(void(*pfun)())的时候，的确可以把fun1的地址通过r24和r25传递给RunFun()。但是，RTOS如何才能有效地利用函数的地址呢？
第二篇：人工堆栈
在单片机的指令集中，一类指令是专门与堆栈和PC指针打道的，它们是rcall相对调用子程序指令
icall间接调用子程序指令
ret子程序返回指令
reti中断返回指令
对于ret和reti，它们都可以将堆栈栈顶的两个字节被弹出来送入程序计数器PC中，一般用来从子程序或中断中退出。其中reti还可以在退出中断时，重开全局中断使能。
有了这个基础，就可以建立我们的人工堆栈了。
例：
#include<avr/io.h>
#include<avr/Interrupt.h>
#include<util/delay.h>
void fun1(void)
{
unsigned char i=0;
while(1)
{
i++;
PORTC=0x01<<(i%8);
_delay_ms(200);
}
}
unsigned char Stack[100];//建立一个100字节的人工堆栈
void RunFunInNewStack(void(*pfun)(),unsigned char*pStack)
{
//原文函数地址的高低字节入栈次序是相反的，虽然编译没问题，但实际运行出错。
*pStack--=(unsigned int)pfun;//将函数的地址低位压入堆栈，
*pStack--=(unsigned int)pfun>>8;//将函数的地址高位压入堆栈，
SP=pStack;//将堆栈指针指向人工堆栈的栈顶
调用子程序的例子__asm____volatile__("RET");//返回并开中断，开始运行fun1()
}
int main(void)
{
DDRC=0xFF;
RunFunInNewStack(fun1,&Stack[99]);
}
RunFunInNewStack()，将指向函数的指针的值保存到一个
unsigned char的数组Stack中，作为人工堆栈。并且将栈顶的数值传递组堆栈指针SP，因此当用"ret"返回时，从SP中恢复到PC中的值，就变为了指向fun1()的地址，开始运行fun1().
上面例子中在RunFunInNewStack()的最后一句嵌入了汇编代码"ret"，实际上是可以去除的。因为在RunFunInNewStack()返回时，编译器已经会加上"ret"。我特意写出来，是为了让大家看到用"ret"作为返回后运行fun1()的过程。
第三篇：GCC中对寄存器的分配与使用
在很多用于AVR的RTOS中，都会有任务调度时，插入以下的语句：
入栈：
__asm____volatile__("PUSH R0\n\t");
__asm____volatile__("PUSH R1\n\t");
......
__asm____volatile__("PUSH R31\n\t");
出栈
__asm____volatile__("POP R31\n\t");
......
__asm____volatile__("POP R1\n\t");
__asm____volatile__("POP R0\n\t");
通常大家都会认为，在任务调度开始时，当然要将所有的通用寄存器都保存，并且还应该保存程序状态寄存器SREG。然后再根据相反的次序，将新任务的寄存器的内容恢复。
但是，事实真的是这样吗？如果大家看过陈明计先生写的small rots51，就会发现，它所保存的通用寄存器不过是4组通用寄存器中的1组。
在Win AVR中的帮助文件avr-libc Manual中的Related Pages中的Frequently Asked Questions，其实有一个问题是"What registers are used by the C compiler?"回答了编译器所需要占用的寄存器。一般情况下，编译器