分类： 嵌入式
2009-07-19 11:11:10
2009-7-19
（4）UCOSII移植中软中断的理解与应用
再回到我们的ARM7的移植中，网上有篇文章写的已经很好了，在这里摘录下，原文地址：
http://blog.21ic.com/user1/4663/archives/2008/48268.html
原文内容：
ARM的移植代码吧首先定义了一堆软中断的中断号，其中0和1的中断服务子程序是用汇编编写的，
其他的都是在c语言编写的中断服务子程序SWI_Exception中。
__swi(0x00) void OS_TASK_SW(void); /* 任务级任务切换函数 */
__swi(0x01) void _OSStartHighRdy(void);/* 运行优先级最高的任务 */
__swi(0x02) void OS_ENTER_CRITICAL(void);/* 关中断 */
__swi(0x03) void OS_EXIT_CRITICAL(void);/* 开中断 */
__swi(0x40) void *GetOSAddr(int Index);/* 获取系统服务函数入口 */
__swi(0x41) void *GetUsrAddr(int Index);/* 获取自定义服务函数入口 */
__swi(0x42) void OSISRBegin(void);/* 中断开始处理 */
__swi(0x43) int OSISRNeedSwap(void);/* 判断中断是否需要切换 */
__swi(0x80) void ChangeToSYSMode(void);/* 任务切换到系统模式 */
__swi(0x81) void ChangeToUSRMode(void);/* 任务切换到用户模式 */
__swi(0x82) void TaskIsARM(INT8U prio);/* 任务代码是ARM代码 */
__swi(0x83) void TaskIsTHUMB(INT8U prio);/* 任务代码是THUMB */
比如在程序运行到调用OS_TASK_SW(void)函数时,就产生软件中断,然后就进入中断服务子程序，
按照什么指令走呢？恩，就按照下面这个代码，这个代码是将软件中断异常处理程序挂接到内核
的作用的，是在启动代码中实现的：
LDR PC，SWI_Addr
SWI_Addr DCD SoftwareInterrupt
因此当产生软中断之后PC就跳到了SoftwareInterrupt,这时就算真正进入了软件异常中断处理部
分了，然后就是执行下面的汇编代码SoftwareInterrupt
LDR SP, StackSvc
/*重新设置堆栈指针*/
STMFD SP!, {R0-R3, R12, LR}
/*保存 R0,R1,R2,R3,R12,LR(R14),注意为什么只保存这几个
寄存器呢，因为R4-R11存储局部变量,编译器自动保护他们*/
MOV R1, SP /* R1指向参数存储位置 */
MRS R3, SPSR /*保存管理模式的状态寄存器*/
TST R3, #T_bit /* 中断前是否是Thumb状态 */
LDRNEH R0, [LR,#-2] /* 若是,取得Thumb状态SWI号*/
BICNE R0, R0, #0xff00 /*THUMB指令SWI功能号为8位 */
LDREQ R0, [LR,#-4] /* 为零即ARM指令取得SWI号 */
BICEQ R0, R0, #0xFF000000/*在ARM指令集中SWI功能号为24位所以高8位清零r0=SWI号*/
CMP R0, #1 /*
LDRLO PC, =OSIntCtxSw /* 疑惑ing */
/* 功能号为0到OSIntCtxSw执行中断任务切换函数 */
LDREQ PC, =__OSStartHighRdy/*SWI为1第一次任务切换*/
BL SWI_Exception /*否则进入c编写的中断函数 */
LDMFD SP!, {R0-R3, R12, PC}/*R0-R3，R12，LR出栈 */
StackSvc
DCD (SvcStackSpace + SVC_STACK_LEGTH * 4 - 4)
怎么进入c编写的中断服务子程序SWI_Exception呢？通过下面的申明
IMPORT SWI_Exception ;软中断异常处理程序
表示将c程序中的该函数挂接到此段汇编代码中,同样的道理
EXPORT __OSStartHighRdy
EXPORT OSIntCtxSw ;中断退出时的入口
参见startup.s中的IRQ_Handler
EXPORT SoftwareInterrupt ;软中断入口上面的申明是将该段汇编代码挂接到外面，
因此在外部可以直接调用函数名
继续看OS_CPU_A.S的其他部分代码，就是两个软件异常中断处理函数OSIntCtxSw和OSStarHighRdyOSIntCtxSw代码是中断服务子程序使得更高优先级的任务进入就绪状态后，中断返回后需要切换到该任务时调用的，这是被切换的任务的CPU寄存器的值已经在响应中断后存入了堆栈中，因此，这里不需要重复保存了直接切换任务即可，具体过程看代码OSIntCtxSw
;下面为保存任务环境
;当响应软件异常中断后进入了系统模式，在上面的代码中我们可以看到，进入系统模式时保存的堆栈结构从顶到底依次是：R0,R1,R2,R3,R12,LR，而在用户模式中任务的堆栈结构应该是：OsEnterSum,CPSR,RO-12,LR,PC，所以在进行软件中断任务切换之前先要保存原来任务的堆栈结构。
LDR R2, [SP, #20] ;获取PC
LDR R12, [SP, #16] ;获取R12
MRS R0, CPSR MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)
MOV R1, LR
STMFD SP!, {R1-R2} ;保存LR,PC
STMFD SP!, {R4-R12} ;保存R4-R12 MSR CPSR_c, R0
LDMFD SP!, {R4-R7} ;获取R0-R3
ADD SP, SP, #8 ;出栈R12,PC
MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)
STMFD SP!, {R4-R7} ;保存R0-R3
LDR R1, =OsEnterSum ;获取OsEnterSum
LDR R2, [R1]
STMFD SP!, {R2, R3} ;保存CPSR,OsEnterSum ;保存当前任务堆栈指针到当前任务的TCB
LDR R1, =OSTCBCur
LDR R1, [R1]
STR SP, [R1] BL OSTaskSwHook ;调用钩子函数
;OSPrioCur <= OSPrioHighRdy
LDR R4, =OSPrioCur
LDR R5, =OSPrioHighRdy
LDRB R6, [R5]
STRB R6, [R4] ;OSTCBCur <= OSTCBHighRdy
LDR R6, =OSTCBHighRdy
LDR R6, [R6]
LDR R4, =OSTCBCur
STR R6, [R4]
OSIntCtxSw_1
;获取新任务堆栈指针
LDR R4, [R6]
ADD SP, R4, #68 ;17寄存器CPSR,OsEnterSum,R0-R12,LR,SP
LDR LR, [SP, #-8]
MSR CPSR_c, #(NoInt | SVC32Mode) ;进入管理模式
MOV SP, R4 ;设置堆栈指针
LDMFD SP!, {R4, R5} ;CPSR,OsEnterSum
;恢复新任务的OsEnterSum
LDR R3, =OsEnterSum
STR R4, [R3]
MSR SPSR_cxsf, R5 ;恢复CPSR
LDMFD SP!, {R0-R12, LR, PC }^ ;运行新任务
__OSStartHighRdy
MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode) ;调整到管理模式
;告诉uC/OS-II自身已经运行
LDR R4, =OSRunning
MOV R5, #1
STRB R5, [R4] ;标记多任务运行标记为真 BL OSTaskSwHook ;调用钩子函数，可以运行用户自定义的函数 LDR R6, =OSTCBHighRdy ;R6存有最高优先级的就绪任务的控制块地址
LDR R6, [R6]
B OSIntCtxSw_1 ;转到前面编写的中断返回函数块的任务跳转部分的代码，因为这两个函数都要用到这部分代码，进入这段代码之前高优先级的就绪任务的任务控制快地址存在R6中。 AREA SWIStacks, DATA, NOINIT,ALIGN=2
SvcStackSpace SPACE SVC_STACK_LEGTH * 4 ;管理模式堆栈空间 OSIntCtxSw_1的代码：OSIntCtxSw_1
;获取新任务堆栈指针
LDR R4, [R6] ;任务控制块的堆栈指针放在R6中，现在放在R4中
ADD SP, R4, #68 ;17寄存器CPSR,OsEnterSum,R0-R12,LR,SP
LDR LR, [SP, #-8]
MSR CPSR_c, #(NoInt | SVC32Mode) ;进入管理模式
MOV SP, R4 ;设置堆栈指针，R4存有没有改动过的堆栈指针
LDMFD SP!, {R4, R5} ;CPSR,OsEnterSum
;恢复新任务的OsEnterSum
LDR R3, =OsEnterSum
STR R4, [R3]
MSR SPSR_cxsf, R5 ;恢复CPSR
LDMFD SP!, {R0-R12, LR, PC }^ ;运行新任务，恢复现场，异常处理返回；中断返回指令的寄存器列表其中必须包括PC后的^符号，表示这是一条特殊形式的指令。这条指令在从存储器中装载PC的同时，CPSR也得到恢复。这里使用的堆栈指针SP是属于异常模式的寄存器，每个异常模式有自己的堆栈指针。SoftwareInterrupt
LDR SP, StackSvc ; 重新设置堆栈指针
STMFD SP!, {R0-R3, R12, LR} ;保存寄存器
MOV R1, SP ; R1指向参数存储位置 MRS R3, SPSR
TST R3, #T_bit ; 中断前是否是Thumb状态
LDRNEH R0, [LR,#-2] ; 是: 取得Thumb状态SWI号
BICNE R0, R0, #0xff00
LDREQ R0, [LR,#-4] ; 否: 取得arm状态SWI号
BICEQ R0, R0, #0xFF000000
; r0 = SWI号，R1指向参数存储位置
CMP R0, #1
LDRLO PC, =OSIntCtxSw
LDREQ PC, =__OSStartHighRdy ; SWI 0x01为第一次任务切换 BL SWI_Exception
LDMFD SP!, {R0-R3, R12, PC}^
StackSvc DCD (SvcStackSpace + SVC_STACK_LEGTH * 4 - 4)OSIntCtxSw
;下面为保存任务环境
LDR R2, [SP, #20] ;获取PC（LR）
LDR R12, [SP, #16] ;获取R12
MRS R0, CPSR MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)
MOV R1, LR
STMFD SP!, {R1-R2} ;保存LR,PC
STMFD SP!, {R4-R12} ;保存R4-R12 MSR CPSR_c, R0
LDMFD SP!, {R4-R7} ;获取R0-R3
ADD SP, SP, #8 ;出栈R12,PC
MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)
STMFD SP!, {R4-R7} ;保存R0-R3
LDR R1, =OsEnterSum ;获取OsEnterSum
LDR R2, [R1]
STMFD SP!, {R2, R3} ;保存CPSR,OsEnterSum ;保存当前任务堆栈指针到当前任务的TCB
LDR R1, =OSTCBCur
LDR R1, [R1]
STR SP, [R1] BL OSTaskSwHook ;调用钩子函数
;OSPrioCur <= OSPrioHighRdy
LDR R4, =OSPrioCur
LDR R5, =OSPrioHighRdy
LDRB R6, [R5]
STRB R6, [R4] ;把OSPrioHighRdy最高优先级的就绪任务传给OSPrioCur
;OSTCBCur <= OSTCBHighRdy
LDR R6, =OSTCBHighRdy
LDR R6, [R6]
LDR R4, =OSTCBCur
STR R6, [R4] ;将最高优先级的任务控制块指针传给当前任务控制块指针
关于中断和时钟节拍，UCOS-II对于ARM7通用的中断服务程序的汇编与c函数接口如下：MACRO和MEND伪指令用于宏定义，MACRO标识宏定义的开始，MEND标识宏定义的结束。定义之后在程序中就可以通过宏指令多次调用该段代码MACRO
$IRQ_Label HANDLER $IRQ_Exception_ EXPORT $IRQ_Label ; 输出的标号
IMPORT $IRQ_Exception_ ; 引用的外部标号$IRQ_Label
SUB LR, LR, #4 ; 计算返回地址
STMFD SP!, {R0-R3, R12, LR} ; 保存任务环境
MRS R3, SPSR ; 保存状态
STMFD SP, {R3, SP, LR}^ ; 保存用户状态的R3,SP,LR,注意不能回写
; 如果回写的是用户的SP，所以后面要调整SP
LDR R2, =OSIntNesting ; OSIntNesting++
LDRB R1, [R2]
ADD R1, R1, #1
STRB R1, [R2] SUB SP, SP, #4*3
MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode) ; 切换到系统模式
CMP R1, #1
LDREQ SP, =StackUsr
BL $IRQ_Exception_ ; 调用c语言的中断处理程序 MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode) ; 切换到系统模式
LDR R2, =OsEnterSum ; OsEnterSum,使OSIntExit退出时中断关闭
MOV R1, #1
STR R1, [R2] BL OSIntExit LDR R2, =OsEnterSum ; 因为中断服务程序要退出，所以OsEnterSum=0
MOV R1, #0
STR R1, [R2] MSR CPSR_c, #(NoInt | IRQ32Mode) ; 切换回irq模式
LDMFD SP, {R3, SP, LR}^ ; 恢复用户状态的R3,SP,LR,注意不能回写
; 如果回写的是用户的SP，所以后面要调整SP
LDR R0, =OSTCBHighRdy
LDR R0, [R0]
LDR R1, =OSTCBCur
LDR R1, [R1]
CMP R0, R1 ADD SP, SP, #4*3 ;
MSR SPSR_cxsf, R3
LDMEQFD SP!, {R0-R3, R12, PC}^ ; 不进行任务切换
LDR PC, =OSIntCtxSw ; 进行任务切换
MEND二：OS_CPU_C.C 个文件中要求用户编写10个简单的C函数，但是只有1个函数是必要的，其余的函数必须声明，但不一定要包含任何代码，大致看了一下作用好像是用来调试之类的。唯一要编写的是OSTaskStkInit（） OSTaskStkInit（）函数的功能是初始化任务的栈结构，任务的堆栈结构与CPU的体系结构、编译器有密切的关联。从ARM的结构可以写出如下的栈结构：程序计数器PC，程序链接器LR，R12－R1，R0用于传递第一个参数pdata，CPSR/SPSR，关中断计数器（用于计算关中断的次数，这样就实现了中断的嵌套），返回的地址指针是指向的最后一个存入的数据，而不是一个空地址。软件中断异常SWI服务程序C语言部分 void SWI_Exception(int SWI_Num, int *Regs)：参数SWI_Num对应前面文件中定义的功能号，其中0、1号的功能在后面的文件中定义，这里只定义了其他10个功能。 2、3分别对应关中断和开中断 关中断：MRS R0, SPSR //在软件中断的时候直接对程序状态保存寄存器SPSR操作也就是对CPSR的操作
ORR R0, R0, #NoInt //在汇编语言中对寄存器的对应位置位用ORR，清零用BIC
MSR SPSR_c, R0 //SPSR_c表示的是只改变SPSR的控制段的8位代码，其他三段_f，_s，_x中标志位在_f段，其他为保留位 开中断：MRS R0, SPSR //在开中断中基本与上面相同，只是ORR改成BIC清零
BIC R0, R0, #NoInt
MSR SPSR_c, R 由于需要实现中断嵌套，所以只有当关中断的计数器减为0的时候才能够开中断，而且每次关中断的时候该计数器都应该加1。另外，插入汇编语言时用_asm指令。 80、81、82、83分别对应系统模式、用户模式、ARM指令集、THUMB指令集 系统模式：MRS R0, SPSR
BIC R0, R0, #0x
ORR R0, R0, #SYS32Mode //设置成系统模式的
MSR SPSR_c, R0 用户模式：MRS R0, SPSR
BIC R0, R0, #0x
ORR R0, R0, #USR32Mode //设置成用户模式的10
MSR SPSR_c, R0 ARM指令集与THUMB指令集的代码如下： ptcb = OSTCBPrioTbl[Regs[0]];
if (ptcb != NULL)
{
ptcb -> OSTCBStkPtr[1] &= ~(1 << 5);
} ptcb = OSTCBPrioTbl[Regs[0]];
if (ptcb != NULL)
{
ptcb -> OSTCBStkPtr[1] |= (1 << 5);
} 昨天就是看到这里，出现了一个意识到是不能忽悠的地方就是UCOS里面的任务控制块OS_TCB的概念，因此今天的任务就是把这部分看看。。。 大概回忆了一下昨天晚上的工作，开始今天的工作吧
一点一点来，什么不会就学什么，都不会就都学。。。没有问题只要你肯努力。。。。。。__OSStartHighRdy
MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode) ;MSR：在ARM中只有MSR能够直接设置状态寄存器CPSR或SPSR，可以是立即数或者源寄存器，NoInt是禁止中断，SYS32Mode是系统模式
;告诉uC/OS-II自身已经运行
LDR R4, =OSRunning ;OSRunning正在运行多任务的标志，＝OSRunning是把OSRunning的地址加载到R4，R4里存的是一个地址。。。
MOV R5, #1
STRB R5, [R4] ;将R5存储到R4存的地址的变量即OSRunning中，也就是将OSRunning置1 BL OSTaskSwHook ;调用钩子函数，OSTaskSwHook 是用于扩展的，在任务切换的时候执行用户自己定义的功能。 LDR R6, =OSTCBHighRdy ;OSTCBHighRdy指向最高优先级任务的控制块TCB的指针！！！将放指针的地址放到R6中。
LDR R6, [R6] ;将R6地址处的数据读出即OSTCBHighRdy的地址放到R6中
B OSIntCtxSw_1 ;跳转到OSIntCtxSw_1 AREA SWIStacks, DATA, NOINIT,ALIGN=2
SvcStackSpace SPACE SVC_STACK_LEGTH * 4 ;管理模式堆栈空间继续昨天没有看完的代码OSIntCtxSw
;下面为保存任务环境
LDR R2, [SP, #20] ;获取PC，放入R2
LDR R12, [SP, #16] ;获取R12，//R12存的什么东西啊？？？
MRS R0, CPSR MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode) ;进入系统模式并禁止中断
MOV R1, LR ;R1放LR值
STMFD SP!, {R1-R2} ;保存LR,PC，将R1，R2存入SP
STMFD SP!, {R4-R12} ;保存R4-R12，将R4-12存入SP MSR CPSR_c, R0 ;再回到之前的模式
LDMFD SP!, {R4-R7} ;获取R0-R3
ADD SP, SP, #8 ;出栈R12,PC
MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)
STMFD SP!, {R4-R7} ;保存R0-R3
LDR R1, =OsEnterSum ;获取OsEnterSum
LDR R2, [R1]
STMFD SP!, {R2, R3} ;保存CPSR,OsEnterSum ;保存当前任务堆栈指针到当前任务的TCB
LDR R1, =OSTCBCur
LDR R1, [R1]
STR SP, [R1] BL OSTaskSwHook ;调用钩子函数
;OSPrioCur <= OSPrioHighRdy
LDR R4, =OSPrioCur
LDR R5, =OSPrioHighRdy
LDRB R6, [R5]
STRB R6, [R4]
;OSTCBCur <= OSTCBHighRdy
LDR R6, =OSTCBHighRdy
LDR R6, [R6]
LDR R4, =OSTCBCur
STR R6, [R4]
OSIntCtxSw_1
;获取新任务堆栈指针
LDR R4, [R6] ;把OSTCBHighRdy指向最高优先级任务的控制块TCB的指针给R4
ADD SP, R4, #68 ;17寄存器：CPSR,OsEnterSum,R0-R12,LR,SP
LDR LR, [SP, #-8] ;取出LR放到LR
MSR CPSR_c, #(NoInt | SVC32Mode) ;进入管理模式并且保持禁止中断
MOV SP, R4 ;设置堆栈指针 LDMFD SP!, {R4, R5} ;CPSR,OsEnterSum。LDMFD数据出栈，放入R4，R5
;恢复新任务的OsEnterSum
LDR R3, =OsEnterSum ;OsEnterSum的地址存入R3
STR R4, [R3] ;把R4的值赋给OsEnterSum
MSR SPSR_cxsf, R5 ;恢复CPSR；在管理模式里是修改SPSR
LDMFD SP!, {R0-R12, LR, PC }^ ;运行新任务 ，恢复现场，异常处理返回
（5）OS_STK_GROWTH
ARM处理器核对堆栈的两种生长方式都支持，但ADS编译器只支持一种 #define OS_STK_GROWTH 1
