在MOTOROLA A68K系列MCU上移植μC/OS-II

如果考慮多級中斷，必須注意到中斷開關級別的控制是一個重要的信息，在關閉中斷之前需要將這個信息保存起來，在對應的開中斷時恢復這個中斷級別控制信息。最容易想到的方法是用一個全局變量存存這個信息。

使用這個方法的程序如下：
#define OS_EXIT_CRITICAL() asm move SR_TEMP,sr；
#define OS_ENTER_CRITICAL() asm move.w SR,SR_TEMP;
asm ori.w #0x0700,SR;

接著構造兩個任務，每個任務分別向屏幕輸出一句話，同時修改內核的代碼，讓空閑任務也輸出一句話。運行內核，通常在幾分鐘內會發(fā)現內核停止調試，只有空閑任務不停地向屏幕輸出。這種情況非常麻煩，因為根據無法通過調試手段判斷何時何處導致內核停止調度。

分析一下，當只有空閑任務運行時，代碼為：
move.w sr,sr_temp
ori.w #0700,sr
addi.1 #1,OSIdleCtr
move.w sr_temp,sr
jmp ****

這5句語句在循環(huán)運行，而中斷（這時只有定時中斷）可以在任意一句語句中間切入。那么，如果在MOVE.W SR，SR_TEMP的時候產生了中斷，就會執(zhí)行中斷（因為正要關中斷，但還沒有關上）；而中斷程序調用的OSIntENTER和OSIntEXIT都會調用 OS_ENTER_CRITICAL（）來關閉中斷，遞增中斷嵌套層數全局變量。這時，再次執(zhí)行MOVE.W SR，SR_TEMP變量就被改寫成關中斷的值，當從中斷返回到IDLE任務執(zhí)行MOVE.W SR_TEMP，SR時，就關閉了中斷，而不是恢復原來的狀態(tài)寄存器。這樣就導致內核無法響應中斷，無法調度任務，只有IDLE任務在運行。

如何解決？最容易想到的方法是再增加一個全局變量，用來保存進入中斷時的中斷開關信息，退出中斷恢復這個信息；但如果考慮到中斷嵌套，相同的情況又出現了，并且如果一個任務在執(zhí)行MOVE.W SR，SR_TEMP時被中斷打斷并且發(fā)生了任務調度，那么當個任務恢復時，它使用的中斷信息SR_TEMP可以已經是被其他任務更改后的值了。內核無法響應中斷，無法調度的任務可能依然存在。

給每個任務和中斷都定義一個這樣的全局變量，在不考慮中斷嵌套的情況下似乎可以解決問題，但想象一下為每一個任務和中斷提供一個單獨的OS_ENTER_CRITICAL（）和OS_EXIT_CRITICAL（）函數所帶來的工作量。顯然這不一個好辦法。

將中斷信息推入堆棧是一個好主意，但我們會看到由此帶來的一些更加隱蔽而復雜的問題。實現這個方法的程序代碼如下：
#define OS_ENTER_CRITICAL() asm move SR,-(A7);
asm ori.w #0x0700,SR;
#define OS_EXIT_CRITICAL() asm move (A7)+,sr;

這樣，每次調用OS_ENTER_CRITICAL（），都將當前的中斷開關信息保存到當前任務堆?；蛳到y(tǒng)堆棧中斷OS_EXIT_CRITICAL（）時，恢復這個信息。

使用了這個方法后，必須小心地計算堆棧的使用情況，修改OS_CPU_A.ASM和 OS_CPU_C.C文件里的函數。以OSIntCtxSw()函數為例，這個函數將導致中斷級的任務調度，即被中斷打斷的程序不能繼續(xù)運行，退出中斷中另一個優(yōu)先級更高的任務得以運行。在這個函數中必須對被中斷的任務堆棧進行清理，使得這個任務的堆?？雌饋砗鸵淮握５娜蝿涨袚Q后的情況相同，這樣，才能保證這個任務被正確地恢復運行。OSIntCtxSw()函數僅僅在 OSICntExit()函數中被調用。

須指出的是，在中斷發(fā)生時，CPU32已經將全部的寄存器和狀態(tài)寄存器，PC指針內容保存到了堆棧中，這樣已經為被打斷的任務的恢復作好了準備。如果按照正常的中斷流程，在退出中斷時，被打斷的任務應該恢復運行。現在，由于執(zhí)行了中斷級的任務切換，被打斷的任務不能立刻恢復，而是被掛起，這就要求在執(zhí)行任務調度前調整堆棧，使得被中斷打斷的任務處于隨時可以被恢復的狀態(tài)。

在中斷處理程序中，當執(zhí)行到OSIntExit（）時，堆棧的情況和剛剛進入中斷還是相同的，是能夠隨時恢復被打斷的任務的情況。那么，只需要忽略 OSIntExit（）函數造成的堆棧變化。首先，是OSIntExit（）函數本身的返回地址，長度為2個字；調用OS_ENTER_CRITICAL （）壓入堆棧的狀態(tài)寄存器，長度為1個字；最后，是OSIntCtxSw()函數的返回地址，長度為2個字。那么在OSIntCtxSw()進行任務切換時，首先要把這5個字的堆棧的內容清除，才能保證被中斷任務的正確恢復。該語句如下：
ADDA #10，A7；

在完成了這些調整后，由于開關中斷可能導致的內核調度死鎖的可能已經不存在了。但是在這種情況下，另一個更加隱蔽的問題會出現，這個問題又是和使用的C編碼器相關的。

問題出現在使用OSSemPend()函數時，一旦調用這個函數，CPU就會出現地址錯誤而進入異常處理，內核被終止。這個問題相當奇怪，因為， OSSemPend()函數完全是一個C語言寫成的子函數，函數本身不應出現地址錯誤。通過閱讀編譯器編譯出來的目標碼發(fā)現了問題。EmPend()函數，發(fā)現這個函數沒有任何局部變量。在進入OSSemPend()函數時，編譯器不需要產生LINK指令來提供局部變量空間。所有的參數都是使用帶偏移量的地址寄存器間接尋址方式直接從堆棧中取得，而且使用的地址寄存器就是A7寄存器。問題可能就在這里，OS_ENTER_CRITICAL（）和 OS_EXIT_CRITICAL（）對堆棧的操作都會調整A7寄存器，這就會導致下面的語句在利用A7作寄存器間接尋址時發(fā)生錯亂，出現地址錯誤。

這需要詳細研究編譯器的特性。我們使用的HIWARE的編譯器實際上已經考慮到了這一點，當調用 OS_ENTER_CRITICAL（）或 OS_EXIT_CRITICAL（）函數更加了A7寄存器后，使用A7的地址寄存器間接尋址也會做出相應的調整，保證仍然能夠得到函數調用時傳遞的變量。每出現一個OS_ENTER_CRITICAL（），接下來的A7寄存器間接尋址的偏移量就會加2；每出現一個OS_EXIT_CRITICAL （），接下來的A7寄存器間接尋址的偏移量就會減2。但是問題卻依然存在，對OSSemPend()的調用會導致地址錯誤，這應該是一個更深層次的錯誤。

這個問題的解決方法是：定義一個局部變量，迫使編譯器生成LINK指令，構造內部參數尋址指針A6，這樣調用OS_ENTER_CRITICAL（）或OS_EXIT_CRITICAL（）時，更動的只是A7，而對參數尋址用的是A6，不受影響。

如果強迫編譯器在調用函數時都加上LINK和UNLINK指令也可以解決這個問題，但是又會面臨最先提到的編譯器的優(yōu)化選項問題?？梢钥闯?，編譯器的特性對移植μC/OS-II是非常重要的，并且往往這些特性是相互制約的。

在移植和運行μC/OS-II的過程中，也許還會有新的問題出現，遇到問題時只要仔細分析，分析堆棧的使用、中斷的影響，分析編譯生成的代碼，就可以實現μC/OS-II的穩(wěn)定可靠運行.