uC/OS-II在MSP430單片機(jī)芯片上實現(xiàn)RTOS的問題分析

　　其次，作為模擬中斷堆棧指針的寄存器R4，必須在中斷之外的任何情況下不被使用。因為，此時的R4必須時刻保持在中斷堆棧的頂部，如果改變它的值，就會改變中斷堆棧的結(jié)構(gòu)。一般這個要求是由所使用的編譯器來保證的，在我們所使用的IAR編譯器中，有一個選項可以避免使用R4和/或R5。

　　具體設(shè)計時，我們在uC/OS-II每個任務(wù)的TCB(任務(wù)控制塊)結(jié)構(gòu)中加入以下幾項：

　　TSP--任務(wù)堆棧指針。發(fā)生中斷后，指向該任務(wù)的任務(wù)堆棧的頂部。

　　ISP--中斷堆棧指針。如果在中斷中發(fā)生任務(wù)切換，指向該任務(wù)在中斷堆棧所保存狀態(tài)的頂部。

　　FromInt標(biāo)志--是否來自中斷標(biāo)志。用來判斷該任務(wù)的狀態(tài)是保存在中斷堆棧中(為1)，還是保存在任務(wù)堆棧中(為0)。

　　下面假設(shè)一個普通任務(wù)1在執(zhí)行過程發(fā)生中斷，對它在中斷執(zhí)行過程中可能出現(xiàn)的幾種情況進(jìn)行分析。

　　(1)在普通任務(wù)1運行時引發(fā)中斷，在中斷中沒有激活更高優(yōu)先級的任務(wù)，而是正常結(jié)束中斷，繼續(xù)執(zhí)行任務(wù)1，如圖2所示。

　　開始中斷：將在中斷發(fā)生時保存在當(dāng)前任務(wù)堆棧的SR和PC移到中斷堆棧中保存，同時 SP回到中斷前的位置并將它保存到該任務(wù)TCB中的TSP中(這是為了在中斷結(jié)束后，保持任務(wù)堆棧的連續(xù)性)，然后將SP指到目前中斷堆棧的頂部，按照自定義堆棧結(jié)構(gòu)的順序依次將所有寄存器都保存到中斷堆棧中。保存的過程中R4必須與SP保持同步變化，同時將FromInt標(biāo)志置l。

　　退出中斷：由于沒有激活更高優(yōu)先級的任務(wù)，所以在中斷任務(wù)完成后，將按正常的順序退出中斷，即將保存在中斷堆棧中的寄存器推出堆棧，將FromInt標(biāo)志置0，SP重新指向該任務(wù)的任務(wù)堆棧中，最后，將PC指針指向中斷前的返回地址，繼續(xù)程序運行。

　　(2)在普通任務(wù)1運行時引發(fā)中斷，在中斷中激活更高優(yōu)先級的任務(wù)2。中斷結(jié)束時由任務(wù)調(diào)度器調(diào)度去執(zhí)行更高優(yōu)先級的任務(wù)2，沒有返回普通任務(wù)1。

　　當(dāng)執(zhí)行任務(wù)2時，任務(wù)調(diào)度器會將任務(wù)2保存在自己任務(wù)堆棧中的狀態(tài)恢復(fù)并執(zhí)行任務(wù)2。執(zhí)行完后，如果沒有激活更高優(yōu)先級的任務(wù)，那么按照優(yōu)先級高低的原則，調(diào)度器將調(diào)度執(zhí)行任務(wù)1。通過判斷任務(wù)1的TCB中的FromInt標(biāo)志，可以知道任務(wù)1的狀態(tài)是保存在任務(wù)堆棧中還是中斷堆棧中，從而可以將其狀態(tài)恢復(fù)，繼續(xù)運行。

　　(3)在普通任務(wù)1運行時引發(fā)中斷，在中斷中激活更高優(yōu)先級的任務(wù)2，執(zhí)行任務(wù)2時又發(fā)生中斷。

　　由于uC/OS-II是嚴(yán)格按照優(yōu)先級搶占式原則進(jìn)行任務(wù)調(diào)度的，所以將任務(wù)狀態(tài)保存在中斷堆棧頂部的任務(wù)的優(yōu)先級一定比狀態(tài)保存在它下面的任務(wù)的優(yōu)先級高。在執(zhí)行時，是由中斷堆棧的頂部向底部順序執(zhí)行。在這種假設(shè)中，一定先執(zhí)行任務(wù)2，然后執(zhí)行任務(wù)1，如圖3所示。

　　(4)在普通任務(wù)1運行時引發(fā)中斷，在中斷中激活更高優(yōu)先級的任務(wù)2。在執(zhí)行任務(wù)2時又發(fā)生中斷，在中斷過程中任務(wù)2由于等待信號量而被掛起。

　　這種情況在系統(tǒng)最初設(shè)計時已經(jīng)被禁止，在中斷中不允許使用信號量將中斷掛起。

　　(5) 在普通任務(wù)1運行時引發(fā)中斷，在中斷中激活更高優(yōu)先級的任務(wù)2。在執(zhí)行任務(wù)2時又發(fā)生中斷，中斷中激活更高優(yōu)先級的任務(wù)3。中斷結(jié)束時由任務(wù)調(diào)度器調(diào)度去執(zhí)行更高優(yōu)先級的任務(wù)3。

　　這種情況與討論的情況2是一樣的。

　　(6)高優(yōu)先級任務(wù)2被更高優(yōu)先級的任務(wù)3中止，在任務(wù)3運行完后，任務(wù)調(diào)度器將直接調(diào)度執(zhí)行任務(wù)1(按照優(yōu)先級調(diào)度)。

　　由于各個任務(wù)的ISP和TSP在任務(wù)切換前都已經(jīng)保存在該任務(wù)的TCB中，任務(wù)1的堆棧指針和R4可以回到該任務(wù)在其任務(wù)堆棧和中斷堆棧的正確的位置。

　　任務(wù)2被中止包括兩種情況。一是任務(wù)2被別的任務(wù)刪除，此時任務(wù)2在中斷堆棧中占用的空間會自動釋放。二是任務(wù)2被別的任務(wù)掛起，此時應(yīng)在將程序掛起的函數(shù)TaskSuspend()中添加一段代碼，將其保存在中斷堆棧中的狀態(tài)移到自己的任務(wù)堆棧中，同時將其TCB中的FromInt標(biāo)志設(shè)為0。這樣，在任務(wù)2解除掛起后，會去任務(wù)堆棧中恢復(fù)其狀態(tài)。

　　(7)中斷中發(fā)生中斷嵌套。

　　發(fā)生中斷嵌套時，要按照中斷嵌套的機(jī)制進(jìn)行處理。首先，在中斷嵌套中，不允許進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，這樣，即使在中斷嵌套中激發(fā)了更高優(yōu)先級的任務(wù)，也必須等到最后中斷退出前才進(jìn)行調(diào)度執(zhí)行。這一點是由uC/OS-II系統(tǒng)設(shè)計保證的。其次，保存寄存器和函數(shù)調(diào)用所占用的RAM字節(jié)全部在中斷嵌套中。在退出中斷嵌套時，不必將TCB中的FromInt標(biāo)志復(fù)位。

　　5 程序設(shè)計流程

　　(1)中斷程序結(jié)構(gòu)和設(shè)計流程，如圖4所示。

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