LPC2292芯片的μC/OS-II硬件抽象層構(gòu)建
3.4 任務(wù)上下文切換
任務(wù)上下文管理負(fù)責(zé)嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核中任務(wù)管理部分對任務(wù)寄存器上下文的創(chuàng)建、刪除以及切換等操作。任務(wù)的寄存器上下文是操作系統(tǒng)內(nèi)核所管理的任務(wù)的重要組成部分,是CPU內(nèi)核的寄存器中內(nèi)容的映像,因此上下文管理的實(shí)現(xiàn)依賴于CPU 內(nèi)核中寄存器的組織,是與體系結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的。通用硬件抽象層的任務(wù)上下文管理統(tǒng)一定義體系結(jié)構(gòu)中的寄存器上下文的保護(hù)格式,提供了任務(wù)管理對任務(wù)上下文的基本操作的API接口。
μC/OS-II的任務(wù)切換其實(shí)就是通過改變PC中的內(nèi)容來實(shí)現(xiàn)的。將PC指向新任務(wù)開始運(yùn)行的地方,同時(shí)將當(dāng)前任務(wù)(被搶占任務(wù))環(huán)境保存到相應(yīng)的任務(wù)堆棧中,將新任務(wù)環(huán)境從任務(wù)堆棧中恢復(fù)到相應(yīng)的寄存器中。
μC/OS-II用OS_TASK_SW()完成任務(wù)級(jí)切換。將μC/OS-II移植到LPC2292上,其任務(wù)切換代碼如下:
;OS_TASK_SW
;/************************************************
;① 在當(dāng)前任務(wù)(被搶占任務(wù))的堆棧保存當(dāng)前任務(wù)環(huán)境
;/************************************************
STMFDSP!, {LR};LR中其實(shí)是任務(wù)切換時(shí)對應(yīng)的PC值
STMFDSP!, {LR}
STMFDSP!, {R0R12}
MRSR0,CPSR
STMFDSP!,{R0}
;/************************************************
;② 獲取當(dāng)前任務(wù)(被搶占任務(wù))控制塊地址,地址在R0;獲取當(dāng)
;前任務(wù)(被搶占任務(wù))SP地址,在R1;保存新SP到當(dāng)前任務(wù)(被
;搶占任務(wù))的TCB
;/************************************************
LDRR0,=OSTCBCur
LDRR1,[R0]
STRSP,[R1]
;/**********************************************
;③ 獲取新最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)控制塊地址,保存最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)
;地址到當(dāng)前任務(wù)地址
;/************************************************
LDRR2,=OSTCBHighRdy
LDRR1,[R2]
STRR1,[R0]
;/************************************************
;④ 獲取當(dāng)前新任務(wù)SP
;/************************************************
LDRSP,[R1]
;/************************************************
;⑤ 恢復(fù)任務(wù)環(huán)境
;/************************************************
LDMFDSP!,{R0}
MSRSPSR_csxf,R0
LDMFDSP!,{R0R12,PC}^
3.5 中斷結(jié)構(gòu)和中斷處理程序的設(shè)計(jì)
中斷結(jié)構(gòu)和中斷處理程序的設(shè)計(jì)是嵌入式操作系統(tǒng)HAL中最重要的組成部分。中斷機(jī)制是操作系統(tǒng)內(nèi)核實(shí)現(xiàn)與外部設(shè)備通信、任務(wù)系統(tǒng)調(diào)用、進(jìn)行出錯(cuò)處理,以及實(shí)現(xiàn)對任務(wù)的實(shí)時(shí)調(diào)度的重要手段。因此,硬件抽象層中斷系統(tǒng)的管理部分是整個(gè)硬件抽象層中的關(guān)鍵。
μC/OS-II采用了二次跳轉(zhuǎn)的辦法。首先在ARM處理器定義的中斷向量處安放跳轉(zhuǎn)指令,跳轉(zhuǎn)到指定位置后,再進(jìn)行位置的第二次映射。其中位置的映射是通過一個(gè)匯編定義的宏來實(shí)現(xiàn)的。將μC/OS-II移植到LPC2292中,其宏匯編的定義如下:
MACRO
$IRQ_Label HANDLER $IRQ_Exception_Function
EXPORT$IRQ_Label; 輸出的標(biāo)號(hào)
IMPORT$IRQ_Exception_Function; 引用的外部標(biāo)號(hào)
$IRQ_Label
SUBLR, LR, #4; 計(jì)算返回地址
STMFDSP!, {R0R3, R12, LR}; 保存任務(wù)環(huán)境
MRSR3, SPSR; 保存狀態(tài)
STMFDSP, {R3, SP, LR}^; 保存用戶狀態(tài)的R3、SP、LR,注意不能回寫
BL$IRQ_Exception_Function; 調(diào)用C語言的中斷處理程序
;/************************************************
;比較當(dāng)前任務(wù)控制塊和最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)控制塊是否一致,如果一致則直接恢復(fù)任務(wù)環(huán)境;否則,在中斷退出時(shí)需要進(jìn)行任務(wù)切換,CPU將運(yùn)行優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù),而不是中斷前運(yùn)行的任務(wù)
;***********************************************
LDRR0, =OSTCBHighRdy
LDRR0, [R0]
LDRR1, =OSTCBCur
LDRR1, [R1]
CMPR0, R1
ADDSP, SP, #4*3
MSRSPSR_cxsf, R3
LDMEQFDSP!, {R0R3, R12, PC}^; 恢復(fù)環(huán)境
LDRPC, =OS_TASK_SW; 調(diào)用進(jìn)行任務(wù)切換
MEND
為了使用ISR的匯編宏,每個(gè)受μC/OS-II管理的ISR都必須按宏匯編要求的格式,在文件IRQ.S中定義:
XXXX_HANDLERHANDLERXXXX_Exception
其中:
XXXX_HANDLER是ISR的起始地址,即匯編宏的起始地址,在初始化向量中斷控制器時(shí)作為中斷向量的地址使用。用戶按中斷源來命名,即把其中的XXXX換為具體的中斷源名稱。
XXXX_Exception是用戶用C語言實(shí)現(xiàn)編寫的功能函數(shù)名。該函數(shù)供匯編宏調(diào)用,用戶可以按實(shí)際的中斷源來命名,即把XXXX換為具體的中斷源名稱。
3.6 定時(shí)管理
μC/OS-II需要一個(gè)周期性的中斷源來產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍。μC/OS-II利用了LPC2292的Timer0作為定時(shí)器產(chǎn)生時(shí)鐘節(jié)拍。其實(shí)現(xiàn)步驟為:
添加中斷句柄Timer0_HandlerHANDLER Timer0_Exception配置中斷源定時(shí)器T0IR = 0xffffffff;T0TC = 0;T0TCR = 0x01;T0MCR = 0x03;T0MR0 = (Fpclk / OS_TICKS_PER_SEC);配置向量中斷控制器extern void Timer0_Handler(void);VICVectAddr0 = (uint32)Timer0_Handler;VICVectCntl0 = (0x20 | 0x04);使能中斷VICIntEnable = 14;
4 總結(jié)
硬件抽象層的出現(xiàn),使得嵌入式操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者不需要考慮嵌入式系統(tǒng)硬件環(huán)境差異較大的問題,可以專心設(shè)計(jì)通用的操作系統(tǒng),而將與硬件的接口部分留給硬件抽象層來實(shí)現(xiàn),這樣大大提高了嵌入式操作系統(tǒng)在不同硬件平臺(tái)之間的移植能力。本文基于LPC2292硬件平臺(tái),詳細(xì)介紹了μC/OS-II的硬件抽象層的構(gòu)建方法,對其向其他平臺(tái)的移植提供了參考。
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