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Atmel AVR (MegaAVR)/IAR RTOS 移植
[RTOS 移植]


STK500.jpg

ATmega323/ATmega32 和 ATmega128 目前有两种移植：一种使用 AVR 的 IAR 嵌入式工作台 TM，另一种使用 WinAVR (GCC)。 此页仅提供 AVR IAR 嵌入式工作台 (EWAVR) 移植的相关信息。

此外还有一些移植可用于 ATmega320x/480x 和 AVR Dx 以及 WINAVR (AVR GCC)、MPLAB XC8 和 AVR IAR 嵌入式工作台。

AVR IAR 演示应用程序配置针对在 Atmel STK500 原型板上运行的场景， 使用运行频率为 8MHz 的 AVR ATMega323 嵌入式处理器（如需使用其他开发板，请参阅相关说明）。 如果 使用 ATMega32，频率可以提高到 16 MHz。 此移植还与 ATMega128 处理器一起使用。

ATMega323 的 2 KBytes RAM 容量足够运行 10 个实时任务，包括空闲任务。

注意：如果此项目构建失败，则可能是正在使用的 IAR 嵌入式工作台版本过低。 如果构建失败， 那么也可能是项目文件（在无提示的情况下）已经损坏，因此需要 将其恢复至初始状态，然后才能使用新版本的 IAR 构建项目。

重要提示！使用 AVR/IAR RTOS 移植的注意事项：

使用此移植之前，请阅读以下所有要点。

  1. 源代码组织
  2. 演示应用程序
  3. 配置和使用详情
另请参阅常见问题：我的应用程序未运行，问题可能出在哪里？

源代码组织

FreeRTOS 下载文件包含所有 FreeRTOS 移植的源代码。

请参阅源代码组织部分， 已下载文件的描述和新项目创建的相关信息。

AVR WinAVR 演示应用程序 makefile 位于 Demo/AVR_ATMega323_IAR 目录下。


演示应用程序

FreeRTOS 源代码下载文件包含一个用于 Mega AVRIAR RTOS 移植的完全抢占式多任务演示应用程序。

演示应用程序硬件设置

STK500 原型板上必须提供以下链接才能确保演示应用程序能够运行—— 如上图所示：
  1. PORTB 到 LEDS 的链接
  2. PORTD 第 0 位和第 1 位到 RS 的链接
  3. SPROG3 到 ISP6PIN 的链接（对 AVR ATMega323 进行编程的正确链接）

演示应用程序包括通过串行端口发送和接收字符的任务。 一个任务发送的字符 需要另一个任务来接收，如果任何字符被遗漏或接收顺序错误，则标记错误情况。 串行端口上 需要一个环回连接器才能让此机制正常运行（只需在串行端口连接器上将引脚 2 和 3 连接在一起）。


构建 RTOS 演示应用程序

  1. 在 IAR 嵌入式工作台中，打开项目Demo/AVR_ATMega323_IAR/rtosdemo.eww。

  2. 从项目 (Project) 菜单中选择选项 (Options) 就会弹出项目选项对话框。

  3. 在项目选项对话框中，选择 XLINK 类别。 如需创建一个调试版本，请选择 调试信息 (Debug Info) 单选按钮。 如需创建一个发布版本，请选择“其他 (other)”单选按钮，并确保 输出设置为 Intel- Extended。

  4. 关闭选项对话框，然后从项目 (Project) 菜单中选择生成 (Make)。

功能

RTOS 演示应用程序创建 10 个标准演示任务。
  1. LED 0-2 由标准的 ‘flash’ 协程控制，以固定的频率闪烁。 每个 LED 都由单独的任务控制闪烁。

  2. LED 4 和 5 由标准的 'comtest' 任务控制。 每次传输 RS232 字符时， LED 4 都会切换。 每次收到并验证 RS232 字符时， LED 5 都会切换。

  3. 并非所有任务都会更新 LED 的状态，所以没有可见的指示表明它们运行正常。 因此系统创建了一个 ‘Check’ 任务，用于确保在任何其他任务中 均未检测到错误。

    LED 7 由 'check' 任务控制。 如果任何其他实时任务中都没有检测到错误， LED 7 将每隔几秒钟闪烁一次。 如果在任何其他任务中检测到错误，则 LED 7 将 停止闪烁。

请参阅标准演示应用程序章节，了解 演示应用程序任务的全部详情。


配置和使用详情

RTOS 移植特定配置

此移植的特定配置项目位于 Demo/AVR_ATMega323_IAR/FreeRTOSConfig.h 中。 您可以根据应用程序的需要，编辑本文件中定义的常量。 特别是 用于设置 RTOS tick 的频率的 configTICK_RATE_HZ 定义。 提供的数值 1000 Hz 可用于 测试 RTOS 内核功能，但这超过了大部分应用程序的频率要求。 降低此值将有助于提高效率。

每个移植都会将 "BaseType_t" 定义为该处理器的最有效数据类型。 此移植将 BaseType_t 定义为 char 类型。


使用嵌入式工作台模拟器

嵌入式工作台模拟器需要通过模拟器 (Simulator) 菜单项 或使用宏配置中断源。 如需在模拟器中运行演示应用程序，您必须首先通过模拟器 | 中断 (Simulator | Interrupts) 菜单项 手动“安装”定时器 1 比较匹配 A 中断。


使用 AVR ATMega323 以外的部件

  1. 在 Embedded Workbench 项目文件中更改了 MCU 定义。

  2. 在 Demo/AVR_ATMega323_IAR/FreeRTOSConfig.h 中设置正确的时钟频率

  3. 滴答 ISR 由计时器 1 上的比较匹配生成。 并非所有 AVR 设备上的计时器配置 都相同。 检查 Source/portable/IAR/ATMega323/port.c 中的函数 prvSetupTimerInterrupt()，以确定 您选择的设备是否需要任何修改。
  4. 确保设置后的 configTOTAL_HEAP_SIZE 定义能够匹配可用的RAM。

  5. 为您所选择的微控制器将 Demo/AVR_ATMega323_IAR/FreeRTOSConfig.h 和 Source/portable/IAR/ATMega323/portmacro.s90 中添加的 iom323.h 标头文件替换为正确的标头。
无论使用哪个零件，确保熔断 MCU 保险丝以提供正确的时钟频率（这可以从 AVR Studio 开发工具完成）。


抢占式内核和合作式 RTOS 内核之间的切换

将Demo/AVR_ATMega323_IAR/FreeRTOSConfig.h内的 configUSE_PREEMPTION 定义设置为 1 即可使用抢占式机制， 设置为 0 则使用合作式机制。


内存管理

MegaAVR 演示应用程序 makefile 中包含 Source/Portable/MemMang/heap_1.c，用于提供 RTOS内核所需的内存分配。 请参阅 API 文档的内存管理部分， 了解完整的信息。


开发工具

IAR此移植改编自 WinAVR 移植。 IAR 编译器是一种更专业、更具针对性的产品， 但在灵活性方面不如更通用的基于 GCC 的 WinAVR 编译器。 因此，对代码进行改编后需要考虑 以下要点：
  1. 双任务栈

    IAR 编译器假设存在两个堆栈。 “硬件”堆栈用作调用堆栈，“软件” 堆栈用于本地变量和函数参数。

    每个任务的堆栈分为两个部分。 硬件堆栈部分的大小由 文件Demo/AVR_ATMega323_IAR/FreeRTOSConfig.h 中的定义 configCALL_STACK_SIZE 来设置。 剩余的空间用于 软件堆栈。 在确定堆栈大小时必须小心！ 有关这一问题的更多注释请参阅 本页底部。

  2. 锁定寄存器 (R15)

    项目文件将寄存器 R15 定义为“锁定”，因此编译器无法使用它。 R15 也不该 用于任何应用程序集代码。 请参阅本页底部的注释，了解解除此限制 的方法。

  3. 程序集文件

    IAR内联汇编程序功能受限， 导致需要为移植源代码 提供一个汇编程序文件。 这个文件称为 portmacro.s90，位于 Source/portable/IAR/ATMega323 目录下。

  4. 中断向量表

    理想情况下，抢占式滴答 ISR 将通过 __task 和 __interrupt 这两个关键字来定义，但这两个 关键字在使用时是相互排斥的。 因此，滴答 ISR 仅使用 __task 关键字来定义，而且 中断向量需手动填充。 不过这意味着必须手动将所有 ISR 添加到向量表中 而且无法使用 '#pragma vector="ISRName"' 指令。

    想要编写 ISR，需要使用 __interrupt 关键字声明这一 ISR， 然后在 Source/portable/IAR/ATMega323/portmacro.s90 中定义的向量表内填入 ISR 的名称。 这一操作的具体说明请参阅 portmacro.s90 文件的顶部。 演示应用程序中的 串行 ISR 可以用作示例。

  5. 编译器警告

    构建FreeRTOS源代码必须使用大量不同的编译器。 IAR 编译器拥有特别强大的 (pedantic) 源检查功能，在编译 FreeRTOS 源代码时会生成几个警告。

    遗憾的是，仅仅修改源代码无法修复这些警告，因为这些警告主要与良性代码有关， 添加这些良性代码是为了修复其他编译器生成的警告（主要与类型转换有关）。 因此，项目文件中已经禁用部分警告。

    • 提供的标准库预期 char 参数未签名（在 strncpy() 等函数中）。 可能可以用已签名的普通 char 重新编译这些库。
    • 链接器投诉（也许是对的）数据隐藏使用的 QueueHandle_t 有两个不同定义。
    • 使用 __interrupt 关键字的函数没有明确分配到中断向量。 由于上述原因， 此警告已在项目文件中关闭。
    • 在指针投放中使用 'volatile' 关键字。 此警告也已在项目文件中关闭。 这只是您省略了关键字后另一个编译器投诉而引起的 quirk。


开发工具选项

与所有移植一样，使用正确的编译器选项至关重要。 确保这一点的最佳方法是基于提供的演示应用程序项目 作为您的应用程序的基础。


演示应用程序串行驱动程序

演示应用程序中包含的串行驱动程序使用 AVR ATMega323 手册中详细说明的计算方式来设置波特 率寄存器。在某些波特率下，我发现有必要稍微调整已计算的设置。我怀疑这是因为 安装在我的参考板上的 8MHz 晶体不准确，以及计算中的四舍五入的误差。


此外还需注意的是，编写串行驱动程序的是为了测试部分实时内核功能，并不是 为了提供一个优化的解决方案。


注释：

无需阅读本节即可使用移植！


更多关于双堆栈的信息

原本可以采用两种方法实现双堆栈要求。 所选方法为每个任务维护两个堆栈。 这个操作有以下优势：
  • 上下文切换的速度提高。
和以下缺点：
  • 复杂性增加。 必须计算两个堆栈的大小要求。
  • 所有任务的硬件堆栈大小均相同。
  • 内存效率降低，因为两个独立的堆栈区域都必须内置安全余量，而一般情况下只有一个堆栈区域需要。

另一种方法是可以添加一个由所有任务共享的单一硬件堆栈区域。 在上下文切换期间， 硬件堆栈将被复制到软件堆栈并从软件堆栈中还原。 这种方法具有以下优势：

  • 设置更简单。
  • 内存效率提高。
和以下缺点：
  • 上下文切换的速度变慢。
  • 硬件堆栈需要单独的内存分配。 这里无法使用 main() 使用的堆栈， 因为无法确定其起点的位置。


锁定的 R15 寄存器

RTOS调度器根据 WinAVR 编译器可用的 __tmp_reg__ 使用 R15。 进入关键区域时，R15 寄存器用作 擦写寄存器。

将中断标志存入硬件堆栈而非软件堆栈后就无须执行 R15 的锁定要求 （然后在操作过程中就可以将 R15 存入软件堆栈并从软件堆栈中还原）。 然而，这意味着需要将 硬件堆栈用作软件堆栈，两者之间的明确界限变得模糊。
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