STM32

让我们来学习RTOS，自己写RTOS

2019-07-20 23:28发布

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本帖最后由 lotoohe 于 2016-8-24 08:24 编辑

该RTOS系统命名为ZRTOS,是我在阅读了ucos后，并且借鉴了其它操作系统后实现的，完成了一些基础的工作，可以拿过来学习，也可以进行简单的应用。笔者独自完成了内存分配算法，多任务切换，消息邮箱，信号量，互斥量等，在其中也学到了非常多的东西。声明：仅供学习！要自写一个操作系统，我们首先要实现的就是任务切换，再其次是任务调度（高优先级先执行，同优先级时间片分割执行），然后再是消息邮箱，信号量，互斥量等等。下面我们来看看任务切换的实现，这部分的代码只能由汇编语言来完成，在handler.s中有任务切换的具体代码：我们的任务板是stm32，stm32是基于cortex-m3内核的，所以在写这个系统的时候很多参照了cortex-m3内核的文档，其中包括了pendsv中断向量，与中断压栈以及堆栈指针等方面。在设计中中断任务我们用的是msp堆栈指针，而我们的任务使用的是psp指针，我们在汇编代码中开启了psp指针的使用以后就，cpu就会自动的进行切换了：开全局与关全局中断的代码：
[mw_shl_code=asm,true]enter_int
                        export enter_int
                        CPSID I RIMASK=1 关中断
                        BX LR ;返回
exit_int
                        export exit_int
                        CPSIE I        ;开中断
                        BX LR ;返回[/mw_shl_code]
第一次启动操作系统，我们往往需要初始化psp指针，设置pendsv中断为最低的优先级，然后开始一次调度：
[mw_shl_code=asm,true];开启操作系统
start_os        proc
                        export start_os
                        CPSID   I
                        ;首先设置pendsv为最低优先级
                        ;设置pendsv的中断优先级
                        ldr r0,=0xE000ED22
                        ;最低优先级
                        ldr r1,=0xff
                        ;设置
                        strb r1,[r0]
                        ;设置psp为0,用于判断是否第一次任务调度
                        MOVS R0, #0 ;R0 = 0
                        MSR PSP, R0 SP = R0
                        ;开启pendsv中断
                        LDR R0, =0xE000ED04 ;R0 = 0xE000ED04
                        LDR R1, =0x10000000 ;R1 = 0x10000000
                        ;设置触发
                        STR.w R1, [R0] ;*(uint32_t *)NVIC_INT_CTRL = NVIC_PENDSVSET
                        ;打开中断
                        CPSIE I ;
                        ;死循环
os_start_hang
                        B os_start_hang
                        endp[/mw_shl_code]
软件开启pendsv中断的代码：[mw_shl_code=asm,true];出发pendsv中断，以便进行中断调度
open_scheduling proc
                                export open_scheduling
                                push {r0-r4,lr}
                                LDR R0, =0xE000ED04
                                LDR R1, =0x10000000
                                ;进入pendsv中断
                                STR R1, [R0]
                                pop          {r0-r4,pc}
                                endp[/mw_shl_code]
最后就是pendsv中断中的代码：
[mw_shl_code=asm,true];pendsv中断
PendSV_Handler  PROC
                EXPORT  PendSV_Handler   
                                REQUIRE8    ; 加这两条对齐伪指令防止链接器报错
                                PRESERVE8   ; 8 字对齐        
                                ;中断调度时不能被打断，这里关闭中断
                cpsid I
                                ;获得sp指针的值
                                MRS R0, PSP ;R0 = PSP
                                       
                                ;如果第一次执行,则执行一次中断调度
                                CBZ R0, thread_change
                                ;不是第一次则保护r4-r11
                                SUBS R0, R0, #0x20 ;R0 -= 0x20
                                STM R0, {R4-R11} ;               
                                
                                ;保存本次的栈顶地址
                                ldr r1,=task_mem_
                                ldr r1,[r1]
                                str R0,[r1]
                                
thread_change        ;任务调度
                                push {lr}
                                ldr.w r0,=task_sw
                                blx r0
                                pop  {lr}

                                LDM R0, {R4-R11} ;恢复新的r4-r11的值
                                ADDS R0, R0, #0x20 ;R0 += 0x20
                                MSR PSP, R0
                                ;切换到用户线程模式
                                ;lr 的第2位为1时自动切换
                                ORR LR, LR, #0x04  
                                ;开中断
                                cpsie I
                                BX         LR                        
                ENDP[/mw_shl_code]                                 
下面是最最重要的，任务调度器，任务调度器主要是找到最高优先级的任务，并且轮询调度，还要保存要运行的任务的控制块，在task.c中：[mw_shl_code=c,true]//任务调度函数
void *task_sw(void){
        uint32 i=0;
        TASK_TCB *max_TASK_TCB=TASK_TCB_LIST[0];
        static TASK_TCB *back_task_tcb=null;
        //查找没有通优先级的
        if(back_task_tcb!=null){
                uint32 spotted=0;
                for(i=0;i<TASK_TCB_NUM;i++){
                        if(back_task_tcb==TASK_TCB_LIST){
                                spotted=1;
                                continue;
                        }
                        //确保是没有被调度过的任务
                        if(spotted==1){
                                if(TASK_TCB_LIST!=null&&
                                        back_task_tcb->level==TASK_TCB_LIST->level){
                                        max_TASK_TCB=TASK_TCB_LIST;
                                        goto step;
                                }
                        }
                }
        }
        for(i=0;i<TASK_TCB_NUM;i++){
                if(TASK_TCB_LIST!=null){
                        if(TASK_TCB_LIST->status==true&&
                                //任务没有被延时
                                        TASK_TCB_LIST->delay_count==0){
                                if(max_TASK_TCB==null){
                                        max_TASK_TCB=TASK_TCB_LIST;
                                        continue;
                                }
                                //获取优先级最高的
                                if(max_TASK_TCB->level > TASK_TCB_LIST->level){
                                        max_TASK_TCB=TASK_TCB_LIST;
                                }
                        }
                }
        }
        step:
        //运行时间+1
        max_TASK_TCB->run_count++;
        //当前的堆栈
        task_mem_=&max_TASK_TCB->mem_task;
        //保存当前运行的tcb
        TCBIng=max_TASK_TCB;
        //保存上次获得的最大优先级
        back_task_tcb=max_TASK_TCB;
        //返回堆栈的地址
        return max_TASK_TCB->mem_task;
}[/mw_shl_code]
这就是zrtos的任务切换的核心部分，看了这些对rtos也算有一定的了解。请期待下一节，zrtos中API函数的使用。



这下来看看zrtos相关的api函数吧，顺便我也将源码传上来：（任务）task相关的api: void start_os(void);start_os:开始操作系统的任务调度 void open_scheduling(void);open_scheduling:调用该函数将会立刻立刻进行任务调度，任务自己放弃cpu
void enter_int(void);endter_int:调用该函数后全局中断屏蔽
void exit_int(void);exit_int:调用该函数后全局中断屏蔽打开


uint32 os_create_n(void(*fun_poi)(void* prg),void *prg,uint32 level,uint32 task_num);os_create_n:参数说明：fun_poi:任务指向的函数prg:要传递的参数level:任务的优先级task_num:任务占用的内存大小(task_num*4 bytes)说明:创建一个任务void z_os_start(void);z_os_start;内部会创建一个空间任务（最低优先级），开启systick，然后调用start_os函数开始调度
void os_task_delay(uint32 count);os_task_delay:任务延时，将cpu交给其它的任务
void os_task_del(void );
os_task_del:删除正在运行的本任务
（msg）消息邮箱：TCB_MSG* msg_create(void);msg_create：创建一个消息邮箱
void msg_close(TCB_MSG* mTCB_MSG);msg_close:关闭一个消息邮箱
uint32 msg_get(TCB_MSG* mTCB_MSG,void **msg,uint32 msg_get_delay);msg_get:参数说明：mTCB_MSG:消息邮箱的控制块msg:消息的地址msg_get_delay:消息的等待时间说明：获取消息邮箱内的消息
uint32 msg_put(TCB_MSG* mTCB_MSG,uint32 msg,uint32 msg_get_delay);
msg_put:参数说明：mTCB_MSG:消息控制块msg_get_delay:消息获取的超时时间
（SEM）信号量：
TCB_SEM* sem_create(void);sem_create:创建一个信号量void sem_free(TCB_SEM *mSEM);sem_free:信号量释放
uint32 sem_post(TCB_SEM *mSEM);
sem_post:参数说明：mSEM:信号量控制块说明:发送一个信号量uint32 sem_pend(TCB_SEM *mSEM,uint32 sem_wait_delay);
sem_pend:参数说明：mSEM:信号量控制块sem_wait_delay:信号量等待超时时间
互斥量：不讲了，和信号量的使用大同小异
工程的代码：工程中创建到了3个任务，两个同优先级的，一个高优先级的。工程是stm32的，连接上串口1，即可看到串口500ms打印一个a，1000ms打印一个字符b，1500ms打印一个字符c zrtos操作系统.zip (2.56 MB, 下载次数: 490) 2016-8-22 14:06 上传 点击文件名下载附件 源码可以查看zrtos下的操作系统相关的源码文件。

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30条回答
旦丁中号
2019-07-24 11:32
支持楼主，学习一下，前辈多指教

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