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詳細介紹AVR系列單片機的專用實時嵌入式操作系統(tǒng)AVRX的特點，并以ATmega16單片機為平臺，結合AVR單片機應用實例分析AVRX的內核代碼及移植方法，并對系統(tǒng)的相關性能進行測試。采用AVRX可以大大簡化程序設計，滿足實時要求，降低編程難度，提高系統(tǒng)可靠性。本文為在AVR單片機上進行嵌入式系統(tǒng)開發(fā)提供了參考。
隨著技術的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)的設計及應用對人們的生活產生了很大的影響，并將逐漸改變人們未來的生活方式。在特定的操作系統(tǒng)上開發(fā)應用程序，可以使開發(fā)人員忽略掉很多底層硬件細節(jié)，使得應用程序調試更方便、易于維護、開發(fā)周期縮短并且降低開發(fā)成本，因而嵌入式操作系統(tǒng)深得開發(fā)人員的青睞。
AVR微處理器是Atmel公司開發(fā)的8位嵌入式RISC處理器，它具有高性能、高保密性、低功耗、非易失性等優(yōu)點，而且程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器可獨立編址，并具有獨立訪問的哈佛結構。AVR單片機內核有豐富的指令集，通過32個通用寄存器直接與邏輯運算單元相連接，允許在一個周期內一條單一指令訪問兩個獨立的寄存器，這樣的結構使代碼的執(zhí)行效率比傳統(tǒng)的復雜指令集微處理器快了將近lO倍。
AVRX是由lbarello編寫的源碼公開的嵌入式操作系統(tǒng)，它專門針對AVR系列單片機的RTOS，具有免費和可以修改的特點。它的缺點是由于做為一種專用的操作系統(tǒng)很難移植到其他平臺上。
1 AVRX系統(tǒng)的特點
AVRX做為AVR專用RTOS有如下的特點：
◆完全支持占先式、優(yōu)先級驅動的任務調度算法；
◆16個優(yōu)先級，相同的優(yōu)先級的任務采用Round-robin調度算法輪流執(zhí)行；
◆信號量可以用于信號傳遞、同步和互斥信號量，支持阻塞和非阻塞語法；
◆任務之間可以用消息隊列相互傳遞信息，接收和確認消息可以用阻塞和非阻塞調用；
◆在中斷子程序中，大部分非阻塞的中斷服務程序可以使用；
◆支持單個定時器的時間隊列管理，任何進程都可以設置一個定時器，并且任何一個任務都可以等待定時器時間到；
◆支持單步調試運行著的進程；
◆程序空間小，包含所有功能的版本占用1000字節(jié)；
◆與定時器／計數(shù)器有關的一些事務可以用AVRX寫成任務級代碼。
1．1任務
AVRX2．6為了支持c語言，保存了所有的32個寄存器。最小的上下文是32個寄存器、SREG和PC，總共35個字節(jié)。AvrxInitTask()函數(shù)給所有的寄存器初始化為0X00。只有進程上下文保存在任務堆棧中，所有其他的使用(包括內核和中斷)保存在內核堆棧。這樣降低了第一個中斷的上下文切換和進入內核API的SRAM消耗。隨后的中斷(如果允許中斷嵌套)嵌入內核堆棧，API不進行上下文切換。
1．2信號量
信號量是SRAM指針，它們有三種狀態(tài)：PEND、WAITING和DONE。當一個進程被一個信號量阻塞時，它處于WAITING狀態(tài)，多個任務可以排隊等候一個信號量。在后一種情況下，信號量可以看作互斥信號量。提供的API函數(shù)如下：AvrXSetSemaphore、AvrXIntsetSema-pore、AvrXWaitSemaplaore、AvrXTestSemapIlorc、AvrX-
IntTestSemaphore和AvrxResetSemaphore。
1.3定時器
定時器控制塊(TCB)長度為4(或6)個字節(jié)。它們管理一個16位計數(shù)值。定時器隊列管理器管理一個分類的定時器隊列，每個都調整為所有計數(shù)器的和到其延時需要的值。提供的API函數(shù)如下：AvrXStartTimer、AvrXTim-erHandler、AvrXCancel Timer、AvrXWaitTimer、AvrX-TestTimer和AvrXDelay。
1.4消息隊列
消息隊列用消息控制塊(MCB)做為隊列首地址。任何進程、中斷處理函數(shù)和多個進程都可以等待消息。MCB的長度是2或4個字節(jié)，消息可以認為是靈活性更大的信號量。提供的API函數(shù)如下：AvrXSendMessage、AvrXIntSendMessage、AvrXRecvMessage、AvrXWaitMes-sage、AvrXAckMessage、AvrXTestMessage和AvrXWait-MessageAck。
1.5單步運行支持
通過重新匯編內核AVRX，可以允許和禁止單步運行的支持。單步運行可以通過編譯內核庫時定義下面的變量：#define SIGNALSTEPSUPPORT。在能夠單步運行以前，進程必須先暫停。有兩種方法實現(xiàn)：一是僅僅初始化進程但不使能；二是用目標進程的ID調用AvrXSuspend，一旦目標進程掛起，調試SPI就能使用了。提供的API函數(shù)有:AvrxStepNext和AvrXSin-gleStepNext。
1．6系統(tǒng)對象
AVRX是圍繞系統(tǒng)對象的概念而構建的。系統(tǒng)對象包括一個鏈接和其后面的0個或者若干個字節(jié)的數(shù)據(jù)信號量。進程對象可以根據(jù)運行隊列和信號量排隊。計數(shù)器控制塊只能根據(jù)計數(shù)器隊列排隊。消息控制塊只能在消息隊列排隊。進程根據(jù)嵌入對象的信號量等待這些對象。進程堆棧中可用的SRAM是限制系統(tǒng)規(guī)模的主要因素，每個進程都需要至少10～35字節(jié)的空間來存儲進程上下文。提供的API函數(shù)如下：AvrXSetObjectSama-phore、AvrXIntObjectSamaphore、AvrXResetObiectSama-phore、AvrXWaitObjectSamaphore、AvrXTestObjectSama-phore和AvrXInfTestObjectSamaphore。
1.7系統(tǒng)堆棧
AVRX需要足夠大的堆棧來處理所有可能的中斷嵌套。每次進入內核將會把10～35字節(jié)壓進堆棧(標準上下文和返回地址)，中斷處理可能壓進去更多。AVRX的API會臨時壓入2個以上的字節(jié)。GCC或者匯編代碼定義于SRAM的頂部，保證AVRX的堆棧在有效SRAM空間之內是設計者的工作。
2 AVRX系統(tǒng)的應用
2．1 AVRX在不同型號AVR單片機上的移植
下面以ATmegM6為例，介紹移植工作。
(1)編譯器的選擇
由于AVRX的編者是在GNU推出的AVR-GCC編譯器下編寫的，所以選用AVR-GCC編譯器可以大大提高AVRX在不同AVR單片機上的移植特性。
(2)重新編譯AVRX內核
為了將應用程序成功編譯，需要重新編譯AVRX內核，重新編譯包括下述步驟。
①重新修改AVRX源碼的Makefile文件，需要修改的幾處如下：
ABSPATH=…/avrx/*更改AVRX原路徑刊實際路徑下*/
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