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教程: 建立一个属于自己的 AV R 的 RTOS

作者：黄健昌

序

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 R

TOS 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 RTO

S。

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 \n\t"); //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。

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