OSCtxSw( )是一個任務級的任務切換函數(在任務中調用,區別于在中斷程序中調用的OSIntCtxSw(),在MC68K系統上,通過執行一條軟中斷指令來實現任務切換。軟中斷向量指向函數,而該函數的執行結構可能造成系統任務重新調度(例如,試圖喚醒一個優先級更高的任務),則在函數的末尾會調用OSSched (),OSSched()將查找當前就緒的優先級最高的任務。如果不是當前任務,則判斷是否需要進行任務調度,再找到該任務控制塊OS_TCB的地址,并將該地址拷貝到變量OSTCBHighRdy中,然后通過寵OS_TASK_SW()執行軟中斷,進行任務切換。在此過程中,變量OSTCBCur始終包含一個指向當前運行任務OS_TCB的指針。OSCtxSw()的匯編代碼如下:
_OSCtxSw
MOVEM.L A0-A6/D0-D7,-(A7) ;存儲當前任務環境
MOVE.L (_OSTCBCur),A1 ;保存當前任務TCB指針
MOVE.L A7,(A1)
MOVE.L (_OSTCBHighRdy),A1 ;獲取最高優先級就緒任務的TCB地址
MOVE.L A1,(_OSTCBCur) ;將就緒任務設置為當前運行任務
MOVE.L (A1),A7 ;取得新任務的堆棧指針
MOVEM.L (A7)+,A0-A6/D0-D7 ;
RTE ;中斷返回,切換任務
(3)OSIntCtxSw()函數
在μC/OS -II中,由于中斷的產生可能會引起任務切換,在中斷服務程序的最后會調用OSICntExit()函數檢查任務就緒狀態。如果需要進行任務切換,將調用 OSIntCtxSw(),所以,OSIntCtxSw()又稱為中斷級的任務切換函數。由于在調用OSIntCtxSw()之前已經發生了中斷, OSIntCtxSw()默認CPU寄存器已經保存在被中斷任務的堆棧了。OSIntCtxSw()的代碼與OSCtxSw()的大部分相同,不同之處是:第一,由于中斷已經發生,此處不需要再保存CPU寄存器;第二,OSIntCtxSw()需要調整堆棧指針,去掉堆棧中一些不需要的內容,以使堆棧中包含任務的運行環境。
_OSIntCtxSw
ADDA #10,A7 ;忽略掉由于函數嵌套調
;用而壓入堆棧的內容
MOVE.L (_CSTCBCur),A1 ;在TCB中保存當前
;任務的堆棧指針
MOVE.L A7,(A1)
MOVE.L (_OSTCBHighRdy),A1
;獲取最高優先級就緒任務的TCB地址
MOVE.L A1,(_OSTCBCur) ;將就緒任務設備為當前
;運行任務
MOVE.L (A1),A7 ;取得堆棧指針
MOVEM.L (A7)+,A0-A6/D0-D7 ;
RTE ;中斷返回,切換任務
(4)OSTickISR()函數
在μC/OS-II中,當調用OSStart()啟動多任務環境后,時鐘中斷非常重要。在時鐘中斷中處理所有與定時相關的工作,如任務的延時、等待操作等等。在時鐘中斷中將查詢處于等待狀態的任務,判斷是否延時結束,以重新進行任務調度。
和μC/OS -II中的其他中斷服務程序一樣,OSTICkISR()首先在被不斷任務堆棧中保存CPU寄存器的值,然后調用OSIntEnter()。ΜC/OS- II要求在中斷服務程序開頭調用OSIntEnter(),其作用是將記錄中斷嵌套層數的全局變量OSIntNesting加1。如果不調用 OSIntEnter(),直接將OSIntNesting加1也是允許的。隨垢,OSTickISR()調用OSTimeTick(),檢查所有處于延時等待狀態的任務,判斷是否有延時結束并就緒的任務。在OSTickISR()的最后調用OSIntExit(),如果在中斷中(或其他嵌套的中斷)有更高優先級的任務就緒,并且當前中斷為中斷嵌套的最后一層,OSIntExit()將進行任務調度。注意,如果進行了任務調度,OSIntExit()將不再返回調用者,而是用新任務堆棧中的寄存器數值恢復CPU現場,然后用RTE實現任務切換。如果當前中斷不是中斷嵌套的最后一層,或中斷中沒有改變任務的就緒狀態,OSIntExit()將返回調用者OSTickISR(),最后OSTickISR()返回被中斷的任務。
4.OS_CPU32.C文件
μC/OS-II的移值需要用戶在OS_CPU32.C中定義6個函數,而實際上需要定義的只有OSTaskStkInit()一個函數,其他5個函數需要聲明,但不一定有實際內容。這5個函數都是用戶定義的,所以OS_CPU32.C中沒有給出代碼。如果用戶需要使用這些函數,請將文件OS_CDG.H中的#define constant OS_CPU_HOOKS_EN設為1,設為0表示不使用這些函數。
OSTaskStkInit ()函數由任務創建函數OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()調用,用來初始化任務的堆棧。初始狀態的堆棧模擬發生一次中斷后的堆棧結構。按照中斷后的進棧次序預留各個寄存器的存儲空間,而中斷返回地址指向任務代碼的起始地址。當調用OSTaskCreate()或 OSTaskCreateExt()創建一個新任務時,需要傳遞的參數是:任務代碼的起始地址、參數指針、任務堆棧頂端的地址、任務的優先級。 OSTaskCreateExt()還需要一些其他參數,但與OSTaskStkInit()沒有關系。OSTaskStkInit()只需要以上提到的 3個參數:task、pdata、ptos。由于MC68K堆棧是16位寬的(以字為單位),OSTaskStkInit()將創立一個指向以字為單位的內存區域的指針,同時要求堆棧指針指向空堆棧的頂端。堆棧初始化工作結束后,OSTaskStkInit()返回新的堆棧頂指針, OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()將指針保存在任務的OS_TCB中。
三、移植中的幾點注意事項
由于μC/OS-II運行的實時性,調試內核幾乎不可能。一旦移植過程中內核運行不穩定,很難確定是什么地方的問題,更困難的是有些現象幾乎是不可重復的。這就需要詳細了解內核運行機理,認真分析,找出可能存在的問題。下面就來分析這些移植過程中的問題。
1.編譯器的優化選項
在移植過程中,除了要熟悉μC/OS-II和目標芯片之外,熟悉使用的C編碼器也非常重要。通常C編譯器都會提供一些優化代碼的選項,在移植μc/OS-II的過程中,這些選項往往會帶來麻煩。下面是移植中與HIWARE的C編譯器有關的例子。
通常在調用子程序或進入中斷時,C編譯器會自動保存CPU內部寄存器到堆棧中。例如,在進入中斷時編譯器會加入下面2條指令:
LINK #$0000,A6;
MOVEM.L D0/D1/D3/D4/D5/D6/D7/A0/A1/A2/A3/A4/A5,-(A7);
這2 條匯編指令的作用是將CPU的數據寄存器D0~D7、地址寄存器A0~A5保存到堆棧中,再將此時的堆棧指針A7也保存到堆棧中,并使用A6作為臨時的堆棧指針。這本是一個非常好的優化選項,可以防止在中斷中偶然地更改了數據寄存器或地址寄存器;但在μC/OS-II中,這個機制將對OS_CPU_C.C 和OS_CPU_ASM.ASM中的幾個子程序和中斷服務例程產生致命的影響。
OS_CPU_C.C和OS_CPU_ASM.ASM中的子程序中斷引發任務調度,當前的任務被掛起。掛起任務是通過下面的語句來完成的:
MOVEM.L A0-A6/D0-D7,-(A7);
MOVE.L @OSTCBCur,A2;
MOVE.L (A2),A1;
MOVE.L A7,(A1);
保存任務的指針和所有數據地址寄存器的值,那么理想情況下,此時的任務堆棧應該是如圖1所示的情況(以OSCtxSw()函數為例,可以對應到OS_CPU_C.C和OS_CPU_ASM.ASM中的其他函數和中斷處理例程)。
那么恢復掛起的任務時,只要通過如下語句:
MOVE.L OSTCBHighRdy,A1;
MOVE.L @OSTCBCur,A2;
MOVE.L A1,(A2);
MOVE.L (A1),A7;
MOVEM.L (A7)+,A0-A6/D0-D7;
將保存在任務TCB中的任務堆棧指針恢復,再恢復數據地址寄存器,最后執行OSCtxSw()的中斷返回,就可以順利地恢復被掛起的任務。
如果C編譯器在OSCtxSw()函數入口處插入了2條保存數據地址寄存器和堆棧指針的語句后,再執行掛起任務的語句,任務的堆棧會變成圖2所示的情況。編譯器引起了堆棧的變化,如果所有的任務都是用這種方式掛起和恢復的,并不會產生致命的問題,因為編碼器退出OSCtxSw()函數時會插入如下語句恢復堆棧:
MOVEM.L (A7)+,D0-D7/A0-A5;
UNLK A6;
問題在于初始化任務的時候,每個任務實際上是按照圖1所示的堆棧結構被初始化的,那么,按照圖2的堆棧結構來恢復自然會導致堆棧崩潰。
解決這個問題的方法很多,可以改定任務初始化的代碼以適應C編譯器的這個“優化”,也可以在進入OSCtxSw()函數時首先調用如下語句恢復堆棧,抵消C編碼器的影響:
MOVEM.L (A7)+,D0-D7/A0-A5;
UNLK A6;
而在退出OSCtxSw()函數前再調用如下語句模擬出更動的堆棧:
LINK #$0000,A6
MOVEM.L D0-D7/A0-A5,-(A7);
較好的方法當然是調整編譯器,取消這個優化選項。如果無法調整編譯器,就只有用以上辦法來適應編譯器了。
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