uCOS II在ARM處理器上移植過程中的中斷處理

1、ucos ii在arm處理器上移植過程中的中斷處理ucos ii是一個(gè)源碼藏匿、可移植、可固化、可剪裁和搶占式的實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，其大部分源碼是用ansi c編寫，與處理器硬件相關(guān)的部分用法匯編語言編寫。總量約200行的匯編語言部分被壓縮到最低限度，以便于移植到任何一種其它的cpu上。ucos ii最多可支持56個(gè)任務(wù)，其內(nèi)核為占先式，總是執(zhí)行就緒態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)，并支持semaphore (信號(hào)量)、mailbox (郵箱)、messagequeue(消息隊(duì)列)等多種常用的進(jìn)程間通信機(jī)制。與大多商用rtos不同的是，ucos ii藏匿全部的源代碼.并可以免費(fèi)獲得，只對商業(yè)應(yīng)用收取少量l

2、icense費(fèi)用。ucos ii移植跟os_cup_c.c、os_cpu_a.s、os_cpu.h 3個(gè)文件有關(guān)，中斷處理的移植占領(lǐng)了很大一部分內(nèi)容。作為移植的一個(gè)重點(diǎn)，本文以標(biāo)準(zhǔn)中斷(irq)為例研究了移植中的中斷處理。1 ucos ii系統(tǒng)結(jié)構(gòu)ucos ii的軟硬件體系結(jié)構(gòu)1。應(yīng)用程序處于囫圇系統(tǒng)的頂層.每個(gè)任務(wù)都可以認(rèn)為自己獨(dú)占了cpu，因而可以設(shè)計(jì)成為一個(gè)無限循環(huán)。大部分代碼是用法ansi 書寫的，因此ucos ii的可移植性較好。盡管如此，仍然需要用法c和匯編語言寫一些處理器相關(guān)的代碼。ucos ii的移植需要滿足以下要求：1)處理器的c編譯器可以產(chǎn)生可重入代碼：可以用法c調(diào)用進(jìn)入和

3、退出critical code(臨界區(qū)代碼)；2)處理器必需支持硬件中斷，并且需要一個(gè)定時(shí)中斷源；3)處理器需能容納一定數(shù)據(jù)的硬件堆棧；4)處理器需有能在cpu寄存器與內(nèi)存和堆棧交換數(shù)據(jù)的命令。移植ucos ii的主要工作就是處理器和編譯器相關(guān)代碼以及bsp(board support package)的編寫。ucos ii處理器無關(guān)的代碼提供ucos ii的系統(tǒng)服務(wù)，應(yīng)用程序可以用法這些api函數(shù)舉行內(nèi)存管理、任務(wù)間通信以及創(chuàng)建、刪除任務(wù)等。2 ucos ii移植過程中需要注重的幾個(gè)問題ucos ii移植的中斷處理跟體系結(jié)構(gòu)和ucos ii處理中斷的過程有關(guān)，必需注重這2個(gè)方面的問題才干高效

4、移植。2.1 arm 處理器7種操作模式用戶模式(user mode)是arm 通常執(zhí)行狀態(tài)，用于執(zhí)行大多數(shù)應(yīng)用程序；迅速中斷模式(fiq mode)支持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸或通道處理；中斷模式(irq mode)用于通用中斷處理；超級(jí)用戶模式(svc mode)是一種操作系統(tǒng)受庇護(hù)的模式：數(shù)據(jù)中止模式(abt mode)命令預(yù)取指中止、數(shù)據(jù)中止時(shí)進(jìn)入該模式；未定義模式(und mode)當(dāng)執(zhí)行未定義的命令時(shí)進(jìn)入該模式；系統(tǒng)模式(sys mode)是操作系統(tǒng)一種特許的用戶模式。除了用戶模式之外，其他模式都?xì)w為特權(quán)模式，特權(quán)模式用于中斷服務(wù)、異樣或者拜訪受庇護(hù)的資源。特權(quán)模式中除系統(tǒng)模式之外另5種模式又稱為

5、異樣模式，在移植過程中必需設(shè)置中斷向量表來處理異樣。ucos ii的移植主要處理標(biāo)準(zhǔn)中斷(irq)、迅速中斷(fiq)和軟件中斷(swi)。2.2 ucos ii中斷響應(yīng)的過程以irq中斷為例，假設(shè)crps中i_bit位為0，當(dāng)有irq中斷時(shí)，cpu強(qiáng)制進(jìn)入irq模式，當(dāng)前的cpsr拷貝到spsr_irq中，pc值保存在lr_irq中，置cpsr中的i位以關(guān)閉irq中斷。數(shù)據(jù)保存之后，cpu強(qiáng)行從0x00000018開頭執(zhí)行，pc值保存了os_cpu_irq_isr()的地址， 然后執(zhí)行os_cpu_irq_isr()。在os_cpu_irq_isr()中os_cpu_irq_isr_hand

6、ler()被調(diào)用來檢測中斷源并執(zhí)行中斷。os_cpu_irq_isr_handler()返回以后，os_cpu_irq_isr()又調(diào)用osintexit()來確認(rèn)是否有比isr優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)要執(zhí)行。假如當(dāng)前中斷任務(wù)仍然是優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)，osintexit()返回，os_cpu_irq_isr()彈出中斷堆棧，假如優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)需要執(zhí)行，osintexit()調(diào)用osintctxsw()執(zhí)行優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)。2.3 ucos ii的臨界段代碼ucos ii用法關(guān)中斷來庇護(hù)臨界代碼。它定義了2個(gè)宏來開中斷(os_exit_critical()，關(guān)中斷(os_enter_critical()

7、。os_enter_critical()和os_exit_critical()有3種辦法來實(shí)現(xiàn)，ucos ii建議用法第3種辦法可以保存當(dāng)前處理器狀態(tài)的值。3 ucos ii移植過程中的中斷處理ucos ii中斷處理跟crt.s、os_cpu_a.s和bsp.c有關(guān)，其移植過程主要有以下幾個(gè)步驟。3.1 在crt.s中設(shè)置中斷向量表arm的中斷向量表位于rom 的最底部，其地址范圍為0x000000000x0000001c，設(shè)置如下：vectors:ldr pc,reset_addrldr pc,undef_addrldr pc,swi_addrldr pc,pabt_addrldr pc,d

8、abt_addrnop /*保留向量*/ldr pc,irq_addrldr pc,fiq_addrreset_addr:. word reset_handlerundef_addr:.word undefhandlerswi_addr:.word swi handlerpabt_addr:.word pabt_handlerdabt_addr:.word dabt_ handler.word 0 /*保留地址*/irq_addr:.word irq_handlerfiq_addr:.word fiq handlerundef_handler:b undef_handlerswi_handle

9、r: b swi_handlerpabt_handler: b pabt_handlerdabt_handler: b dabt_handlerirq_handler: b os_cpu_irq_isr/*跳轉(zhuǎn)到os_cpu_irq_isr(在os_cpu_a.s中)*/fiq_handler： b os_cpu_fiq_isr/*跳轉(zhuǎn)到os_cpu_fiq_isr(在os_cpu_a.s中) */這里設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn)中斷異樣(irq)和迅速中斷異樣(fiq)的中斷入口，其余異樣都設(shè)置為死循環(huán)，當(dāng)發(fā)生這些異樣的時(shí)候，必需使系統(tǒng)復(fù)位才干退出死循環(huán)。3.2 移植中斷任務(wù)切換中斷任務(wù)切換(osintctx

10、sw)和任務(wù)切換函數(shù)(osctxsw)比較相像，主要有以下幾步組成：1)調(diào)用ostask swhook()2)ospriocur=ospriohighrdy3)ostcbcur=ostcbhighrdy4)sp=ostcbhighrdy-ostcbstkptr/獵取高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)堆棧指針5)從高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)的堆棧中彈出高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)上下文6)執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)3.3 移植中斷服務(wù)程序以irq中斷為例中斷服務(wù)程序(os_cpu_irq_isr)主要依據(jù)上面所描述的“ucos ii中斷響應(yīng)的過程”編寫，其主要代碼如下：ldr r0,os_intnestingldrb r1,r0add r1,r1,

11、1strb r1,r0cmp r1,lbne os_cpu_irq_isr_1ldr r4,os_tcbcurldr r5,r4str sp,r5os_cpu_irq_isr_1:msr cpsr_c,(no_int | irq32_mode)/切換到svc模式ldr r0,os_cpu_irq_isr_handlermov lr,pcbx r0msr cpsr_c,(no_int | svc32_mode)/切換到svc模式ldrr0,os_intexit /osintexit()mov lr,pcbx r0在代碼中省略了現(xiàn)場工作寄存器的庇護(hù)與復(fù)原及工作模式的切換。3.4 移植中斷處理程序以

12、irq中斷為例，移植中斷處理程序：c程序void os_cpu_irq_isr_handler(void)pfnct pfnct; /定義中斷函數(shù)指針pfnct=(pfnct)vicvectaddr; /獵取函數(shù)地址while(pfnct!=(pfnct)0)(*pfnct)()； /調(diào)用中斷函數(shù)pfnct=(pfnct)vicvectaddr； /獵取新的中斷函數(shù) /全部中斷都執(zhí)行完畢退出中斷處理程序依靠中斷控制器的中斷響應(yīng)挨次，所以u(píng)cos ii把os_cpu_irq_isr_handler()歸屬于用戶程序的一部分。在中斷返回之前，中斷處理程序要處理完全部的中斷響應(yīng)，以避開在多個(gè)中斷同時(shí)

13、響應(yīng)或中斷處理過程中響應(yīng)中斷的狀況下， 進(jìn)入os_cpu_irq_isr () 和退出os_cpu_irq_isr()時(shí)，os_cpu_irq_isr()耗盡保存cpu寄存器的堆棧空間。另外，在os_cpu_irq_isr_handler()中不要清cpsr的i位來開放中斷，由于沒有須要用法中斷嵌套，os_cpu_irq_isr_handler()在返回之前會(huì)檢查并處理全部的中斷。3.5 編寫中斷函數(shù)中斷函數(shù)普通采納c語言編寫，ucos ii建議中斷函數(shù)應(yīng)盡量短，普通做法是在中斷函數(shù)中緩存數(shù)據(jù)，給任務(wù)發(fā)送一個(gè)信號(hào)來處理數(shù)據(jù)。中斷函數(shù)的地址在系統(tǒng)初始化的時(shí)候要置人中斷向量寄存器(vicvecta

14、ddr015)。因?yàn)橄蛄恐袛嗫刂破?vic)的特別結(jié)構(gòu)，在中斷函數(shù)中要寫一次中斷向量寄存器(vicvectaddr)。4 中斷處理的應(yīng)用示例ucos ii要提供周期性信號(hào)源，用于實(shí)現(xiàn)時(shí)光延時(shí)和確認(rèn)超時(shí)。節(jié)拍率應(yīng)為10100 hz。時(shí)鐘節(jié)拍源可以由特地的硬件定時(shí)器產(chǎn)生，以下就以irq中斷方式產(chǎn)生節(jié)拍源為示例。初始化中斷控制器：c程序void vicinit(void)vicintenclr=0xfffff;vicdefvectaddr=-(int32u)non_vect_irq_handler;vicvectaddr0= (int32u)ostickisr;vicvectcntl0= (0x20 | 0x04);vicintenable= 14;定時(shí)器0中斷函數(shù)：c程序void ostickisr(void)to_ir = 0xff；ostimetick()； /調(diào)用ostimetick()vicvectaddr=0; /通知中斷控制器中斷結(jié)束當(dāng)定時(shí)中斷發(fā)生時(shí)調(diào)用os_cpu_irq_isr handler()，得到ostickisr()的地址并執(zhí)行，在ostickisr()中調(diào)用ostimetick()為