建立一个属于自己的AVR的RTOS

时间：2011-04-29 23:50:41

关键字： AVR RTOS BSP VOLATILE

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[导读]自从03年以来，对单片机的RTOS的学习和应用的热潮可谓一浪高过一浪.03年，在离开校园前的，非典的那几个月，在华师的后门那里买了本邵贝贝的《UCOSII》，通读了几次，没有实验器材，也不了了之。在21IC上，

自从03年以来，对单片机的RTOS的学习和应用的热潮可谓一浪高过一浪.03年，在离开校园前的，非典的那几个月，在华师的后门那里买了本邵贝贝的《UCOSII》，通读了几次，没有实验器材，也不了了之。

    在21IC上，大家都可以看到杨屹写的关于UCOSII在51上的移植，于是掀起了51上的RTOS的热潮。

    再后来，陈明计先生推出的small rots，展示了一个用在51上的微内核，足以在52上进行任务调度。

    前段时间，在ouravr上面开有专门关于AVR的Rtos的专栏，并且不少的兄弟把自己的作品拿出来，着实开了不少眼界。这时，我重新回顾了使用单片机的经历，觉得很有必要，从根本上对单片机的RTOS的知识进行整理，于是，我开始了编写一个用在AVR单片机的RTOS。

    当时，我所有的知识和资源有：

    Proteus6.7        可以用来模拟仿真avr系列的单片机
    WinAVR v2.0.5.48  基于GCC AVR的编译环境，好处在于可以在C语言中插入asm的语句
    mega8  1K的ram有8K的rom,是开发8位的RTOS的一个理想的器件，并且我对它也比较熟悉。

    写UCOS的Jean J.Labrosse在他的书上有这样一句话，“渐渐地，我自然会想到，写个实时内核直有那么难吗？不就是不断地保存，恢复CPU的那些寄存器嘛。”

    好了，当这一切准备好后，我们就可以开始我们的Rtos for mega8的实验之旅了。

    本文列出的例子，全部完整可用。只需要一个文件就可以编译了。我相信，只要适当可用，最简单的就是最好的，这样可以排除一些不必要的干扰，让大家专注到每一个过程的学习。

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: mega8
    Optimization level: s
    Debug format :AVR-COFF
    C/C++ source file: 选译要编译的C文件

#include <avr/io.h>
void fun1(void)
{
  unsigned char i=0;
  while(1)
  {
    PORTB=i++;
    PORTC=0x01<<(i%8);
  }
}

int main(void)
{
  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，请找回书的第9.5节。

    例子：用函数指针变量调用函数

#include <avr/io.h>
void fun1(void)
{
  unsigned char i=0;
  while(1)
  {
    PORTB=i++;
    PORTC=0x01<<(i%8);
  }
}
void (*pfun)();  //指向函数的指针

int main(void)
{

  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>
void fun1(void)
{
  unsigned char i=0;
  while(1)
  {
    PORTB=i++;
    PORTC=0x01<<(i%8);
  }
}

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)
{
   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>
void fun1(void)
{
  unsigned char i=0;
  while(1)
  {
    PORTB=i++;
    PORTC=0x01<<(i%8);
  }
}

unsigned char Stack[100]; //建立一个100字节的人工堆栈

void RunFunInNewStack(void (*pfun)(),unsigned char *pStack)
{
  *pStack--=(unsigned int)pfun>>8;    //将函数的地址高位压入堆栈，
  *pStack--=(unsigned int)pfun;        //将函数的地址低位压入堆栈，
  SP=pStack;                            //将堆栈指针指向人工堆栈的栈顶
  __asm__ __volatile__("RET nt");    //返回并开中断,开始运行fun1()

}

int main(void)
{
   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  nt");
    __asm__ __volatile__("PUSH R1  nt");
    ......
    __asm__ __volatile__("PUSH R31 nt");

    出栈
    __asm__ __volatile__("POP  R31 nt");
    ......
    __asm__ __volatile__("POP  R1  nt");
    __asm__ __volatile__("POP  R0  nt");

    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，编译器会先用到以下寄存器
    1 Call-used registers (r18-r27, r30-r31): 调用函数时作为参数传递，也就是用得最多的寄存器。

    2 Call-saved registers (r2-r17, r28-r29): 调用函数时作为结果传递,当中的r28和r29可能会被作为指向堆栈上的变量的指针。

    3 Fixed registers (r0, r1): 固定作用。r0用于存放临时数据，r1用于存放0。


    还有另一个问题是"How to permanently bind a variable to a register?",是将变量绑定到通用寄存器的方法。而且我发现，如果将某个寄存器定义为变量，编译器就会不将该寄存器分配作其它用途。这对RTOS是很重要的。

    在"Inline Asm"中的"C Names Used in Assembler Code"明确表示,如果将太多的通用寄存器定义为变量，刚在编译的过程中，被定义的变量依然可能被编译器占用。

    大家可以比较以下两个例子，看看编译器产生的代码：(在*.lst文件中)

第一个例子：没有定义通用寄存器为变量

#include <avr/io.h>

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);"被编译如下:
   mov r20,r28
   mov r22,r28
   mov r24,r28
   rcall add

第二个例子：定义通用寄存器为变量

#include <avr/io.h>

unsigned char add(unsigned char b,unsigned char c,unsigned char d)
{
   return b+c*d;
}

register unsigned char a asm("r20");  //将r20定义为变量a

int main(void)
{

    while(1)
    {
      a++;
        PORTB=add(a,a,a);
    }
}

    在本例中，"add(a,a,a);"被编译如下:
    mov r22,r20
    mov r24,r20
    rcall add

    当然，在上面两个例子中，有部份代码被编译器优化了。

    通过反复测试，发现编译器一般使用如下寄存器:
    第1类寄存器，第2类寄存器的r28,r29,第3类寄存器

    如在中断函数中有调用基它函数，刚会在进入中断后，固定地将第1类寄存器和第3类寄存器入栈，在退出中断又将它们出栈。

第四篇：只有延时服务的协作式的内核

   Cooperative Multitasking

   前后台系统，协作式内核系统，与占先式内核系统，有什么不同呢？

   记得在21IC上看过这样的比喻,“你(小工)在用厕所，经理在外面排第一，老板在外面排第二。如果是前后台，不管是谁，都必须按排队的次序使用厕所；如果是协作式，那么可以等你用完厕所，老板就要比经理先进入；如果是占先式，只要有更高级的人在外面等，那么厕所里无论是谁，都要第一时间让出来，让最高级别的人先用。”

#include <avr/io.h>
#include <avr/Interrupt.h>
#include <avr/signal.h>
unsigned char Stack[200];

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

#define OS_TASKS 3                    //设定运行任务的数量
struct TaskCtrBlock           //任务控制块
{
  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<<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
void OSStartTask()
{
  OSTaskRunningPrio=OS_TASKS;
  SP=TCB[OS_TASKS].OSTaskStackTop+17;
  __asm__ __volatile__(    "reti"       "nt"  );
}

//进行任务调度
void OSSched(void)
{
   //  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__("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 OSNextTaskID;                             //在现有堆栈上开设新的空间
  for (OSNextTaskID = 0;                                  //进行任务调度
    OSNextTaskID < OS_TASKS && !(OSRdyTbl & (0x01<<OSNextTaskID));
    OSNextTaskID++);
    OSTaskRunningPrio = OSNextTaskID ;

  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
}

void OSTimeDly(unsigned int ticks)
{
  if(ticks)                             //当延时有效
  {
    OSRdyTbl &= ~(0x01<<OSTaskRunningPrio);
    TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick=ticks;
    OSSched();                          //从新调度
  }
}

void TCN0Init(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)
{
  unsigned char i;
  for(i=0;i<OS_TASKS;i++)       //任务时钟
  {
    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<<i);     //使任务在就绪表中置位
      }
    }
  }
  TCNT0=100;
}

void Task0()
{
  unsigned int j=0;
  while(1)
  {
    PORTB=j++;
    OSTimeDly(2);
  }
}

void Task1()
{
  unsigned int j=0;
  while(1)
  {
    PORTC=j++;
    OSTimeDly(4);
  }
}

void Task2()
{
  unsigned int j=0;
  while(1)
  {
    PORTD=j++;
    OSTimeDly(8);
  }
}

void TaskScheduler()
{
  while(1)
  {
     OSSched();      //反复进行调度
  }
}

int main(void)
{
  TCN0Init();
  OSRdyTbl=0;
  OSTaskRunningPrio=0;
  OSTaskCreate(Task0,&Stack[49],0);
  OSTaskCreate(Task1,&Stack[99],1);
  OSTaskCreate(Task2,&Stack[149],2);
  OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack[199],OS_TASKS);
  OSStartTask();
}

   在上面的例子中，一切变得很简单，三个正在运行的主任务，都通过延时服务，主动放弃对CPU的控制权。
   在时间中断中，对各个任务的的延时进行计时，如果某个任务的延时结束，将任务重新在就绪表中置位。
   最低级的系统任务TaskScheduler()，在三个主任务在放弃对CPU的控制权后开始不断地进行调度。如果某个任务在就绪表中置位，通过调度，进入最高级别的任务中继续运行。

第五篇：完善的协作式的内核

  现在为上面的协作式内核添加一些OS中所必须的服务：
   1  挂起和重新运行任务
   2  信号量(在必要时候，可以扩展成邮箱和信息队列)
   3  延时


#include <avr/io.h>
#include <avr/Interrupt.h>
#include <avr/signal.h>
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

#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<<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
void OSStartTask()
{
  OSTaskRunningPrio=OS_TASKS;
  SP=TCB[OS_TASKS].OSTaskStackTop+17;
  __asm__ __volatile__(    "reti"       "nt"  );
}

//进行任务调度
void OSSched(void)
{
   //  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__("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 OSNextTaskID;                             //在现有堆栈上开设新的空间
  for (OSNextTaskID = 0;                                  //进行任务调度
    OSNextTaskID < OS_TASKS && !(OSRdyTbl & (0x01<<OSNextTaskID));
    OSNextTaskID++);
    OSTaskRunningPrio = OSNextTaskID ;

  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
}

////////////////////////////////////////////任务处理
//挂起任务
void OSTaskSuspend(unsigned char prio)
{
  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
void OSTaskResume(unsigned char prio)
{
  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
void OSTimeDly(unsigned int ticks)
{
  if(ticks)                             //当延时有效
  {
    OSRdyTbl &= ~(0x01<<OSTaskRunningPrio);
    TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick=ticks;
    OSSched();                          //从新调度
  }
}

//信号量
struct SemBlk
{
  unsigned char OSEventType;     //型号 0,信号量独占型；1信号量共享型
  unsigned char OSEventState;    //状态 0,不可用;1,可用
  unsigned char OSTaskPendTbl;   //等待信号量的任务列表
} Sem[10];

//初始化信号量
void OSSemCreat(unsigned char Index,unsigned char Type)
{
  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
unsigned char OSTaskSemPend(unsigned char Index,unsigned int Timeout)
{

  //unsigned char i=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;
    OSRdyTbl &= ~(0x01<<OSTaskRunningPrio);  //从任务就绪表中去除
    TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick=Timeout;    //如延时为0，刚无限等待
    OSSched();   //从新调度
    if(TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick==0) return 0;
  }
  return 1;
}

//发送一个信号量，可以从任务或中断发送
void OSSemPost(unsigned char Index)
{
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
  {
    unsigned char i;
    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
void OSTaskSemPost(unsigned char Index)
{
  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。

void OSSemClean(unsigned char Index)
{
  Sem[Index].OSEventState =0;          //要求的信号量无效
}

void TCN0Init(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)
{
  unsigned char i;
  for(i=0;i<OS_TASKS;i++)       //任务时钟
  {
    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<<i);     //使任务在就绪表中置位
      }
    }
  }
  TCNT0=100;
}

void Task0()
{
  unsigned int j=0;
  while(1)
  {
    PORTB=j++;
    OSTaskSuspend(1);    //挂起任务1
    OSTaskSemPost(0);
    OSTimeDly(50);
    OSTaskResume(1);     //恢复任务1
    OSSemClean(0);
    OSTimeDly(50);
  }
}

void Task1()
{
  unsigned int j=0;
  while(1)
  {
    PORTC=j++;
    OSTimeDly(5);
  }
}

void Task2()
{
  unsigned int j=0;
  while(1)
  {
      OSTaskSemPend(0,10);
    PORTD=j++;
    OSTimeDly(5);
  }
}

void TaskScheduler()
{
  while(1)
  {
     OSSched();      //反复进行调度
  }
}

int main(void)
{
  TCN0Init();
  OSRdyTbl=0;
  OSSemCreat(0,1);  //将信号量设为共享型
  OSTaskCreate(Task0,&Stack[99],0);
  OSTaskCreate(Task1,&Stack[199],1);
  OSTaskCreate(Task2,&Stack[299],2);
  OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack[399],OS_TASKS);
  OSStartTask();
}
第六篇:时间片轮番调度法的内核

   Round-Robin Sheduling

    时间片轮调法是非常有趣的。本篇中的例子，建立了3个任务，任务没有优先级，在时间中断的调度下，每个任务都轮流运行相同的时间。如果在内核中没有加入其它服务，感觉上就好像是有三个大循环在同时运行。

    本例只是提供了一个用时间中断进行调度的内核，大家可以根据自己的需要，添加相应的服务。
    要注意到:
    1,由于在时间中断内调用了任务切换函数，因为在进入中断时，已经将一系列的寄存器入栈。
    2,在中断内进行调度，是直接通过"RJMP Int_OSSched"进入任务切换和调度的，这是GCC AVR的一个特点，为用C编写内核提供了极大的方便。
    3,在阅读代码的同时，请对照阅读编译器产生的 *.lst文件，会对你理解例子有很大的帮助。

#include <avr/io.h>
#include <avr/Interrupt.h>
#include <avr/signal.h>
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

#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<<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
void OSStartTask()
{
  OSTaskRunningPrio=OS_TASKS;
  SP=TCB[OS_TASKS].OSTaskStackTop+17;
  __asm__ __volatile__(    "reti"       "nt"  );
}

//进行任务调度
void OSSched(void)
{
   //  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__("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

  if(++OSTaskRunningPrio>=OS_TASKS) //轮流运行各个任务，没有优先级
      OSTaskRunningPrio=0;

  //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
  __asm__ __volatile__("RETI                      nt");     //返回并开中断
  //中断时出栈完成
}

void IntSwitch(void)
{
  __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__("RJMP Int_OSSched          nt");  //重新调度
}

void TCN0Init(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)
{
  TCNT0=100;
  IntSwitch();        //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(5);
  }
}

void Task2()
{
  unsigned int j=0;
  while(1)
  {
    PORTD=j++;
    //OSTimeDly(5);
  }
}

void TaskScheduler()
{
  while(1)
  {
     OSSched();      //反复进行调度
  }
}

int main(void)
{
  TCN0Init();
  OSRdyTbl=0;
  OSTaskCreate(Task0,&Stack[99],0);
  OSTaskCreate(Task1,&Stack[199],1);
  OSTaskCreate(Task2,&Stack[299],2);
  OSTaskCreate(TaskScheduler,&Stack[399],OS_TASKS);
  OSStartTask();
}

第七篇: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 <avr/Interrupt.h>
#include <avr/signal.h>
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<<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
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));
    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<<OSTaskRunningPrio);
    TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick=ticks;
    OSSched();                          //从新调度
  }
}

void TCN0Init(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

  unsigned char i,j=0;
  for(i=0;i<OS_TASKS;i++)        //任务时钟
  {
    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<<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
}

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();
}

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>
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<<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
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));
    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
  }
}
////////////////////////////////////////////任务处理
//挂起任务
void OSTaskSuspend(unsigned char prio)
{
  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
void OSTaskResume(unsigned char prio)
{
  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
void OSTimeDly(unsigned int ticks)
{
  if(ticks)                             //当延时有效
  {
    OSRdyTbl &= ~(0x01<<OSTaskRunningPrio);
    TCB[OSTaskRunningPrio].OSWaitTick=ticks;
    OSSched();                          //从新调度
  }
}

//信号量
struct SemBlk
{
  unsigned char OSEventType;     //型号 0,信号量独占型；1信号量共享型
  unsigned char OSEventState;    //状态 0,不可用;1,可用
  unsigned char OSTaskPendTbl;   //等待信号量的任务列表
} Sem[10];

//初始化信号量
void OSSemCreat(unsigned char Index,unsigned char Type)
{
  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
unsigned char OSTaskSemPend(unsigned char Index,unsigned int Timeout)
{

  //unsigned char i=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
          return 0;
  }
  return 1;
}

//发送一个信号量，可以从任务或中断发送
void OSSemPost(unsigned char Index)
{
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
  {
    unsigned char i;
    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
void OSTaskSemPost(unsigned char Index)
{
  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。

void OSSemClean(unsigned char Index)
{
  Sem[Index].OSEventState =0;          //要求的信号量无效
}

void TCN0Init(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

  unsigned char i;
  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
}

unsigned char __attribute__ ((progmem)) proStrA[]="Task                       ";

unsigned char strA[20];

SIGNAL(SIG_UART_RECV)        //串口接收中断
{
  strA[0]=UDR;
}

/////////////////////////////////////串口发送

unsigned char *pstr_UART_Send;
unsigned int  nUART_Sending=0;

void UART_Send(unsigned char *Res,unsigned int Len)    //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
}

void UARTInit()    //初始化串口
{
#define fosc 8000000 //晶振8  MHZ UBRRL=(fosc/16/(baud+1))%256;
#define baud 9600     //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unsigned int 到字符串中 00000
void strPUT_uInt(unsigned char *Des,unsigned int i)
{
  unsigned char j;
  Des=Des+4;
  for(j=0;j<5;j++)
  {
    *Des=i%10+’0’;
    i=i/10;
    Des--;
  }
}

void strPUT_Star(unsigned char *Des,unsigned char i)
{
  unsigned char j;
  for(j=0;j<i;j++)
  {
    *Des++=’*’;
  }
  *Des++=13;
}

unsigned int strPUT_TaskState(unsigned char *Des,
                              unsigned char TaskID,
                  unsigned char Num)
{
  //unsigned int i=0;
  *(Des+4)=’0’+TaskID;
  strPUT_uInt(Des+6,Num);
  strPUT_Star(Des+12,TaskID);
  return 12+TaskID+1;
}

void Task0()
{
  unsigned int j=0;
  while(1)
  {
    PORTB=j++;
    if(OSTaskSemPend(0,0xffff))
    {
      unsigned int m;
      m=strPUT_TaskState(strA,OSTaskRunningPrio,j);
      UART_Send(strA,m);
    }
    OSTimeDly(200);
  }
}

void Task1()
{
  unsigned int j=0;
  while(1)
  {
    PORTC=j++;
    if(OSTaskSemPend(0,0xffff))
    {
      unsigned int m;
      m=strPUT_TaskState(strA,OSTaskRunningPrio,j);
      UART_Send(strA,m);
    }
    OSTimeDly(100);
  }
}

void Task2()
{
  unsigned int j=0;
  while(1)
  {
    if(OSTaskSemPend(0,0xffff))
    {
      unsigned int m;
      m=strPUT_TaskState(strA,OSTaskRunningPrio,j);
      UART_Send(strA,m);
    }
    PORTD=j++;
    OSTimeDly(50);
  }
}

void TaskScheduler()
{
  OSSched();
  while(1)
  {
  }
}

int main(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();
}