建立一個屬于自己的AVR的RTOS
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自從03年以來，對單片機的RTOS的學習和應用的熱潮可謂一浪高過一浪.03年，在離開校園前的，非典的那幾個月，在華師的后門那里買了本邵貝貝的《UCOSII》，通讀了幾次，沒有實驗器材，也不了了之。
在21IC上，大家都可以看到楊屹寫的關于UCOSII在51上的移植，于是掀起了51上的RTOS的熱潮。
再后來，陳明計先生推出的smallrots，展示了一個用在51上的微內核，足以在52上進行任務調度。
前段時間，在ouravr上面開有專門關于AVR的Rtos的專欄，并且不少的兄弟把自己的作品拿出來，著實開了不少眼界。這時，我重新回顧了使用單片機的經歷，覺得很有必要，從根本上對單片機的RTOS的知識進行整理，于是，我開始了編寫一個用在AVR單片機的RTOS。
當時，我所有的知識和資源有：
Proteus6.7可以用來模擬仿真avr系列的單片機
WinAVRv2.0.5.48基于GCCAVR的編譯環境，好處在于可以在C語言中插入asm的語句
mega81K的ram有8K的rom,是開發8位的RTOS的一個理想的器件，并且我對它也比較熟悉。
寫UCOS的JeanJ.Labrosse在他的書上有這樣一句話，“漸漸地，我自然會想到，寫個實時內核直有那么難嗎？不就是不斷地保存，恢復CPU的那些寄存器嘛。”
好了，當這一切準備好后，我們就可以開始我們的Rtosformega8的實驗之旅了。
本文列出的例子，全部完整可用。只需要一個文件就可以編譯了。我相信，只要適當可用，最簡單的就是最好的，這樣可以排除一些不必要的干擾，讓大家專注到每一個過程的學習。
第一篇：函數的運行
在一般的單片機系統中，是以前后臺的方式(大循環+中斷)來處理數據和作出反應的。
例子如下:
makefile的設定:運行WinAvr中的Mfile，設定如下
MCUType:mega8
Optimizationlevel:s
Debugformat:AVR-COFF
C/C++sourcefile:選譯要編譯的C文件
#includeavr/io.h>
voidfun1(void)
{
unsignedchari=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01(i%8);
}
}
intmain(void)
{
fun1();
}
首先，提出一個問題：如果要調用一個函數，真是只能以上面的方式進行嗎？
相信學習過C語言的各位會回答，No!我們還有一種方式，就是“用函數指針變量調用函數”，如果大家都和我一樣，當初的教科書是譚浩強先生的《C程序設計》的話，請找回書的第9.5節。
例子：用函數指針變量調用函數
#includeavr/io.h>
voidfun1(void)
{
unsignedchari=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01(i%8);
}
}
void(*pfun)();//指向函數的指針
intmain(void)
{
pfun=fun1;//
(*pfun)();//運行指針所指向的函數
}
第二種，是“把指向函數的指針變量作函數參數”
#includeavr/io.h>
voidfun1(void)
{
unsignedchari=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01(i%8);
}
}
voidRunFun(void(*pfun)())//獲得了要傳遞的函數的地址
{
(*pfun)();//在RunFun中，運行指針所指向的函數
}
intmain(void)
{
RunFun(fun1);//將函數的指針作為變量傳遞
}
看到上面的兩種方式，很多人可能會說，“這的確不錯”，但是這樣與我們想要的RTOS，有什么關系呢？各位請細心向下看。
以下是GCC對上面的代碼的編譯的情況：
對main()中的RunFun(fun1);的編譯如下
ldir24,lo8(pm(fun1))
ldir25,hi8(pm(fun1))
rcallRunFun
對voidRunFun(void(*pfun)())的編譯如下
/*voidRunFun(void(*pfun)())*/
/*(*pfun)();*/
.LM6:
movwr30,r24
icall
ret
在調用voidRunFun(void(*pfun)())的時候，的確可以把fun1的地址通過r24和r25傳遞給RunFun()。但是，RTOS如何才能有效地利用函數的地址呢？
第二篇：人工堆棧
在單片機的指令集中，一類指令是專門與堆棧和PC指針打道的，它們是
rcall相對調用子程序指令
icall間接調用子程序指令
ret子程序返回指令
reti中斷返回指令
對于ret和reti，它們都可以將堆棧棧頂的兩個字節被彈出來送入程序計數器PC中，一般用來從子程序或中斷中退出。其中reti還可以在退出中斷時，重開全局中斷使能。
有了這個基礎，就可以建立我們的人工堆棧了。
例：
#includeavr/io.h>
voidfun1(void)
{
unsignedchari=0;
while(1)
{
PORTB=i++;
PORTC=0x01(i%8);
}
}
unsignedcharStack[100];//建立一個100字節的人工堆棧
voidRunFunInNewStack(void(*pfun)(),unsignedchar*pStack)
{
*pStack--=(unsignedint)pfun>>8;//將函數的地址高位壓入堆棧，
*pStack--=(unsignedint)pfun;//將函數的地址低位壓入堆棧，
SP=pStack;//將堆棧指針指向人工堆棧的棧頂
__asm____volatile__(RETnt);//返回并開中斷,開始運行fun1()
}
intmain(void)
{
RunFunInNewStack(fun1,Stack[99]);
}
RunFunInNewStack(),將指向函數的指針的值保存到一個unsignedchar的數組Stack中，作為人工堆棧。并且將棧頂的數值傳遞組堆棧指針SP,因此當用ret返回時，從SP中恢復到PC中的值，就變為了指向fun1()的地址，開始運行fun1().
上面例子中在RunFunInNewStack()的最后一句嵌入了匯編代碼ret,實際上是可以去除的。因為在RunFunInNewStack()返回時，編譯器已經會加上ret。我特意寫出來，是為了讓大家看到用ret作為返回后運行fun1()的過程。
第三篇：GCC中對寄存器的分配與使用
在很多用于AVR的RTOS中，都會有任務調度時，插入以下的語句：
入棧：
__asm____volatile__(PUSHR0nt);
__asm____volatile__(PUSHR1nt);
......
__asm____volatile__(PUSHR31nt);
出棧
__asm____volatile__(POPR31nt);
......
__asm____volatile__(POPR1nt);
__asm____volatile__(POPR0nt);
通常大家都會認為，在任務調度開始時，當然要將所有的通用寄存器都保存，并且還應該保存程序狀態寄存器SREG。然后再根據相反的次序，將新任務的寄存器的內容恢復。
但是，事實真的是這樣嗎？如果大家看過陳明計先生寫的smallrots51,就會發現，它所保存的通用寄存器不過是4組通用寄存器中的1組。
在WinAVR中的幫助文件avr-libcManual中的RelatedPages中的FrequentlyAskedQuestions,其實有一個問題是WhatregistersareusedbytheCcompiler?回答了編譯器所需要占用的寄存器。一般情況下，編譯器會先用到以下寄存器
1Call-usedregisters(r18-r27,r30-r31):調用函數時作為參數傳遞，也就是用得最多的寄存器。
2Call-savedregisters(r2-r17,r28-r29):調用函數時作為結果傳遞,當中的r28和r29可能會被作為指向堆棧上的變量的指針。
3Fixedregisters(r0,r1):固定作用。r0用于存放臨時數據，r1用于存放0。
還有另一個問題是Howtopermanentlybindavariabletoaregister?,是將變量綁定到通用寄存器的方法。而且我發現，如果將某個寄存器定義為變量，編譯器就會不將該寄存器分配作其它用途。這對RTOS是很重要的。
在InlineAsm中的CNamesUsedinAssemblerCode明確表示,如果將太多的通用寄存器定義為變量，剛在編譯的過程中，被定義的變量依然可能被編譯器占用。
大家可以比較以下兩個例子，看看編譯器產生的代碼：(在*.lst文件中)
第一個例子：沒有定義通用寄存器為變量
#includeavr/io.h>
unsignedcharadd(unsignedcharb,unsignedcharc,unsignedchard)
{
returnb+c*d;
}
intmain(void)
{
unsignedchara=0;
while(1)
{
a++;
PORTB=add(a,a,a);
}
}
在本例中，add(a,a,a);被編譯如下:
movr20,r28
movr22,r28
movr24,r28
rcalladd
第二個例子：定義通用寄存器為變量
#includeavr/io.h>
unsignedcharadd(unsignedcharb,unsignedcharc,unsignedchard)
{
returnb+c*d;
}
registerunsignedcharaasm(r20);//將r20定義為變量a
intmain(void)
{
while(1)
{
a++;
PORTB=add(a,a,a);
}
}
在本例中，add(a,a,a);被編譯如下:
movr22,r20
movr24,r20
rcalladd
當然，在上面兩個例子中，有部份代碼被編譯器優化了。
通過反復測試，發現編譯器一般使用如下寄存器:
第1類寄存器，第2類寄存器的r28,r29,第3類寄存器
如在中斷函數中有調用基它函數，剛會在進入中斷后，固定地將第1類寄存器和第3類寄存器入棧，在退出中斷又將它們出棧。
第四篇：只有延時服務的協作式的內核
CooperativeMultitasking
前后臺系統，協作式內核系統，與占先式內核系統，有什么不同呢？
記得在21IC上看過這樣的比喻,“你(小工)在用廁所，經理在外面排第一，老板在外面排第二。如果是前后臺，不管是誰，都必須按排隊的次序使用廁所；如果是協作式，那么可以等你用完廁所，老板就要比經理先進入；如果是占先式，只要有更高級的人在外面等，那么廁所里無論是誰，都要第一時間讓出來，讓最高級別的人先用。”
#includeavr/io.h>
#includeavr/Interrupt.h>
#includeavr/signal.h>
unsignedcharStack[200];
registerunsignedcharOSRdyTblasm(r2);//任務運行就緒表
registerunsignedcharOSTaskRunningPrioasm(r3);//正在運行的任務
#defineOS_TASKS3//設定運行任務的數量
structTaskCtrBlock//任務控制塊
{
unsignedintOSTaskStackTop;//保存任務的堆棧頂
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