建立一個AVR的RTOS（3）—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__("PUSH R0 nt");

__asm__ __volatile__("PUSH R1 nt");

......

__asm__ __volatile__("PUSH R31 nt");

出棧

__asm__ __volatile__("POP R31 nt");

......

__asm__ __volatile__("POP R1 nt");

__asm__ __volatile__("POP R0 nt");

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small rots51,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Win AVR中的幫助文件avr-libc Manual中的Related Pages中的Frequently Asked Questions,其實有一個問題是"What registers are used by the C compiler?"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

1 Call-used registers (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。

2 Call-saved registers (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。

3 Fixed registers (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"How to permanently bind a variable to a register?",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"Inline Asm"中的"C Names Used in Assembler Code"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

#include

unsigned char add(unsigned char b,unsigned char c,unsigned char d)

{

return b+c*d;

}

int main(void)

{

unsigned char a=0;

while(1)

{

a++;

PORTB=add(a,a,a);

}

}

在本例中，"add(a,a,a);"被編譯如下:

mov r20,r28

mov r22,r28

mov r24,r28

rcall add

第二個例子：定義通用寄存器為變量

#include

unsigned char add(unsigned char b,unsigned char c,unsigned char d)

{

return b+c*d;

}

register unsigned char a asm("r20"); //將r20定義為變量a

int main(void)

{

while(1)

{

a++;

PORTB=add(a,a,a);

}

}

在本例中，"add(a,a,a);"被編譯如下:

mov r22,r20

mov r24,r20

rcall add

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。