uCOS-II原理及應(yīng)用--3

1、page西安郵電學(xué)院 計算機系12022-4-14嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng) C/OS-II西安郵電學(xué)院-計算機系Tel: 85383409 (ZQL)Email: page2022-4-14西安郵電學(xué)院 計算機系2第3章 uC/OS-II的中斷和時鐘page西安郵電學(xué)院 計算機系32022-4-14第3章 目錄n1、 uC/OS-II的中斷n2、 uC/OS-II的時鐘n3、時間管理page西安郵電學(xué)院 計算機系42022-4-14第3章 目錄n1、 uC/OS-II的中斷n2、 uC/OS-II的時鐘n3、時間管理page西安郵電學(xué)院 計算機系52022-4-143.1 uC/O

2、S-II 的中斷n基本概念基本概念n中斷中斷 - 任務(wù)正在執(zhí)行過程中被某緊要事件打斷運任務(wù)正在執(zhí)行過程中被某緊要事件打斷運行，行，而去處理該緊迫事件的過程；而去處理該緊迫事件的過程；n中斷源中斷源 - 中斷信號的申請者；中斷信號的申請者；n中斷響應(yīng)中斷響應(yīng) - CPU對中斷信號相應(yīng)處理的機制；對中斷信號相應(yīng)處理的機制；n中斷嵌套中斷嵌套 - 優(yōu)先級高的中斷可以再中斷低級的優(yōu)先級高的中斷可以再中斷低級的ISR；nISR - （某緊要事件的）中斷服務(wù)處理程序；（某緊要事件的）中斷服務(wù)處理程序；n中斷向量中斷向量 - ISR 的入口地址。的入口地址。page西安郵電學(xué)院 計算機系62022-4-14

3、ARM 處理器中斷控制原理：VICIntSelect -中斷選擇寄存器，配置32個中斷源的F/I屬性。1-FIQ； VICIntEnable -中斷使能寄存器，控制相應(yīng)通道中斷申請屏蔽否。 1-使能；page西安郵電學(xué)院 計算機系72022-4-14;異常向量表Reset LDR PC, ResetAddr LDR PC, UndefinedAddr LDR PC, SWI_Addr LDR PC, PrefetchAddr LDR PC, DataAbortAddr DCD 0 xb9205f80 LDR PC, PC, #-0 xff0 LDR PC, FIQ_AddrResetAddrD

4、CD ResetInitUndefinedAddr DCD UndefinedSWI_AddrDCD SoftwareInterruptPrefetchAddrDCD PrefetchAbortDataAbortAddr DCD DataAbortNouseDCD 0IRQ_AddrDCD 0FIQ_AddrDCD FIQ_Handler8個字單元，每單元存放一條轉(zhuǎn)移指令；8個字單元，每單元存放一條目標(biāo)地址；0 x00 -0 x04 -0 x08 -0 x0c -0 x10 -0 x14 -0 x18 -0 x1c -page西安郵電學(xué)院 計算機系82022-4-14u FIQ 中斷的響應(yīng)：u

5、 IRQ 中斷的響應(yīng)：在存儲器 0 x1c 單元 安排有指令：LDR PC, FIQ_Addr在存儲器 0 x18 單元 安排有指令：LDR PC, PC, #-0 xff0備注：執(zhí)行本指令時，PC = 0 x0000,0020；0 x0000,0020 0 x0000,0ff0 = 0 x0000,0020 + 0 xffff,f010 = 0 xffff,f030（即VICVectAddr寄存器） page西安郵電學(xué)院 計算機系92022-4-14IRQ_ISR地址映射關(guān)系圖 備注VIC涉及到43個相關(guān)寄存器 page西安郵電學(xué)院 計算機系102022-4-141、硬件自動過程；2、ISR

6、過程；無高級任務(wù)激活返回有高級任務(wù)激活返回page西安郵電學(xué)院 計算機系112022-4-143.1 uC/OS-II 的中斷nuC/OS-II 的中斷過程的中斷過程n在應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中編寫在應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計中編寫uC/OS-II的中斷服務(wù)程序的中斷服務(wù)程序（ISR）時，要用到兩個重要的系統(tǒng)函數(shù)。）時，要用到兩個重要的系統(tǒng)函數(shù)。nOSIntEnter()、OSIntExit()nuC/OS-II 允許中斷嵌套，最多可嵌套允許中斷嵌套，最多可嵌套 255 層；系統(tǒng)層；系統(tǒng)全局變量全局變量 OSIntNesting 記錄中斷嵌套層數(shù)。記錄中斷嵌套層數(shù)。page西安郵電學(xué)院 計算機系122022-4-14

7、3.1 uC/OS-II 的中斷n系統(tǒng)函數(shù)系統(tǒng)函數(shù) OSIntEnter( )、OSIntExit( )nOSIntEnter( ) nOSIntExit( )函數(shù)原型：函數(shù)原型：void OSIntEnter( void ) 主要功能：系統(tǒng)變量主要功能：系統(tǒng)變量 OSIntNesting 自加自加1，目的告訴，目的告訴uC/OS-II系統(tǒng)記錄中斷的嵌套層數(shù)。系統(tǒng)記錄中斷的嵌套層數(shù)。函數(shù)原型：函數(shù)原型：void OSIntExit( void ) 主要功能：系統(tǒng)變量主要功能：系統(tǒng)變量 OSIntNesting 自減自減1，目的告訴，目的告訴uC/OS-II系統(tǒng)中斷的嵌套層數(shù)，系統(tǒng)中斷的嵌套層數(shù)

8、，OSIntNesting=0時，則進行一次中斷級的任務(wù)調(diào)度時，則進行一次中斷級的任務(wù)調(diào)度 OSIntCtxSw()。page西安郵電學(xué)院 計算機系132022-4-143.1 uC/OS-II 的中斷n應(yīng)用程序中的臨界段應(yīng)用程序中的臨界段n臨界段的基本概念及實現(xiàn)原理臨界段的基本概念及實現(xiàn)原理nuC/OS-II 提供了兩個宏操作用于臨界段提供了兩個宏操作用于臨界段工程應(yīng)用中有工程應(yīng)用中有 “代碼段必須被連續(xù)執(zhí)行代碼段必須被連續(xù)執(zhí)行” 的需求，的需求，這種不允許被打斷執(zhí)行的代碼段稱為這種不允許被打斷執(zhí)行的代碼段稱為 “臨界代碼段臨界代碼段” 或或 “原子操作原子操作” 。通過開關(guān)。通過開關(guān)CPU

9、中斷來實現(xiàn)。中斷來實現(xiàn)。OS_ENTER_CRITICAL( ) - 進入臨界段進入臨界段OS_EXIT_CRITICAL( ) - 退出臨界段退出臨界段注意事項：用戶原子操作盡量的少且小，因為它會影響系注意事項：用戶原子操作盡量的少且小，因為它會影響系統(tǒng)的實時性。統(tǒng)的實時性。page西安郵電學(xué)院 計算機系142022-4-143.1 uC/OS-II 的中斷n應(yīng)用程序中的臨界段舉例應(yīng)用程序中的臨界段舉例n在在uC/OS-II系統(tǒng)文件中很多地方都要用到。系統(tǒng)文件中很多地方都要用到。n在用戶程序中也可能用到，如進行在用戶程序中也可能用到，如進行PLL重置。重置。PLLCON = V_PLLCON

10、_DATA;PLLCFG = V_PLLCFG_DATA;OS_ENTER_CRITICAL( ) ;/ 進入臨界段進入臨界段PLLFEED = 0 xaa;PLLFEED = 0 x55;OS_EXIT_CRITICAL( )；/ 退出臨界段退出臨界段page西安郵電學(xué)院 計算機系152022-4-143.1 uC/OS-II 的中斷n正常情況下，正常情況下，ISR 應(yīng)該受應(yīng)該受 RTOS 的管理。的管理。n實際工程中，確實存在兩種情況實際工程中，確實存在兩種情況ISR不受不受RTOS管理。管理。uC/OS-II 未對未對ARM 的的 FIQ 進行管理進行管理沒有管理必要的中斷。沒有管理必要

11、的中斷。使用使用 FIQ 時應(yīng)注意它時應(yīng)注意它與與uC/OS-II 的的無關(guān)無關(guān)性，性，它它的的ISR只能只能物理緩沖區(qū)方式與物理緩沖區(qū)方式與uC/OS-II 的其它任務(wù)數(shù)據(jù)通信。的其它任務(wù)數(shù)據(jù)通信。例如掉電處理例如掉電處理，它它的的ISR的主要工作就是保護的主要工作就是保護CPU現(xiàn)場到現(xiàn)場到Flash，然后即，然后即PowerDown，之后不再執(zhí)行任何的其他，之后不再執(zhí)行任何的其他 uC/OS-II 任務(wù)。任務(wù)。page西安郵電學(xué)院 計算機系162022-4-14補充：ARM中的中斷優(yōu)先級資源nARM 中的中斷優(yōu)先級資源就是中的中斷優(yōu)先級資源就是 ARM CPU 的中斷控制系統(tǒng)。的中斷控制系

12、統(tǒng)。ARM7 中最多可以擁有中最多可以擁有32個中斷源。個中斷源。n每個中斷源可配置為每個中斷源可配置為 FIQ 或或 IRQ 中斷。中斷。IRQ 中斷又可分為中斷又可分為向量向量 IRQ 和和非向量非向量 IRQ，向量，向量 IRQ 最多可安排最多可安排16個中斷源，個中斷源，按槽位號（按槽位號（#slot）確定其優(yōu)先級，非向量）確定其優(yōu)先級，非向量 IRQ中斷源則通中斷源則通過程序查詢方式確定具體的中斷源。過程序查詢方式確定具體的中斷源。page西安郵電學(xué)院 計算機系172022-4-14補充：ARM中的中斷優(yōu)先級資源n異常向量表（ARM的7種異常）地址地址異常異常進入時的模式進入時的模式

13、進入時進入時I的狀態(tài)的狀態(tài)進入時進入時F的狀態(tài)的狀態(tài)0 x00000000復(fù)位管理禁止禁止0 x00000004未定義指令未定義IF0 x00000008軟件中斷異常管理禁止F0 x0000000C中止（預(yù)取）中止IF0 x00000010中止（數(shù)據(jù)）中止IF0 x00000014保留保留0 x00000018IRQ中斷禁止F0 x0000001CFIQ快速中斷禁止禁止注：表中的I和F表示不對該位有影響，保留原來的值。 page西安郵電學(xué)院 計算機系182022-4-14ARM狀態(tài)各模式下可以訪問的寄存器寄存器寄存器類別類別寄存器在匯寄存器在匯編中的名稱編中的名稱各模式下實際訪問的寄存器各模式

14、下實際訪問的寄存器用戶用戶系統(tǒng)系統(tǒng)管理管理中止中止未定義未定義中斷中斷快中斷快中斷通通用用寄寄存存器器和和程程序序計計數(shù)數(shù)器器R0(a1)R0R1(a2)R1R2(a3)R2R3(a4)R3R4(v1)R4R5(v2)R5R6(v3)R6R7(v4)R7R8(v5)R8R8_fiqR9(SB,v6)R9R9_fiqR10(SL,v7)R10R10_fiqR11(FP,v8)R11R11_fiqR12(IP)R12R12_fiqR13(SP)R13R13_svcR13_abtR13_undR13_irqR13_fiqR14(LR)R14R14_svcR14_abtR14_undR14_irqR1

15、4_fiqR15(PC)R15狀態(tài)狀態(tài)寄存器寄存器CPSRCPSRSPSRSPSR_svcSPSR_abtSPSR_undSPSR_irqSPSR_fiqpage西安郵電學(xué)院 計算機系192022-4-143.1 uC/OS-II 的中斷n在 ARM 中不受 uC/OS-II 管理的 ISR 程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Startup.s中關(guān)于中關(guān)于FIQ的處理：的處理：;中斷向量表中斷向量表Reset LDR PC, ResetAddr LDR PC, UndefinedAddr LDR PC, SWI_Addr LDR PC, PrefetchAddr LDR PC, DataAbortAddr DCD

16、0 xb9205f80 LDR PC, PC, #-0 xff0 LDR PC, FIQ_AddrResetAddr DCD ResetInitUndefinedAddr DCD UndefinedSWI_Addr DCD SoftwareInterruptPrefetchAddr DCD PrefetchAbortDataAbortAddr DCD DataAbortNouse DCD 0IRQ_Addr DCD 0FIQ_Addr DCD FIQ_Handlerpage西安郵電學(xué)院 計算機系202022-4-143.1 uC/OS-II 的中斷n在在 ARM 中不受中不受 uC/OS-II

17、 管理的管理的 ISR 程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)程序系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Startup.s中關(guān)于中關(guān)于FIQ的處理：的處理：;快速中斷快速中斷FIQ_Handler STMFD SP!, R0-R3, LR BL FIQ_Exception LDMFD SP!, R0-R3, LR SUBS PC, LR, #4;用戶用戶FIQ_ISRvoid FIQ_Exception( void ) . . ; / C 語言編碼實例參考嵌入式實時操作系統(tǒng)的編程技術(shù)周航慈 Page 46page西安郵電學(xué)院 計算機系212022-4-143.1 uC/OS-II 的中斷nuC/OS-II 的中斷服務(wù)程序的中斷服務(wù)程序( ISR )

18、的編寫的編寫uC/OS-II 對對 ARM7TDMI 的的 IRQ 進行了管理，用戶的使用方進行了管理，用戶的使用方式與不受管理的式與不受管理的 FIQ 有較大的區(qū)別。有較大的區(qū)別。uC/OS-II 在對在對 ARM7TDMI 移植時已作了處理（移植時已作了處理（ARM IRQ.inc 文件），用戶可以直接使用文件），用戶可以直接使用C語言編程語言編程 ISR，此之前用戶要編，此之前用戶要編寫寫VIC配置及配置及ISR 句柄關(guān)聯(lián)代碼。句柄關(guān)聯(lián)代碼。void xxx_Eception( void ) OS_ENTER_CRITICAL( ); 清除中斷源標(biāo)志； VICVectAddr = 0；

19、/ 通知 VIC 中斷已響應(yīng) ISR 業(yè)務(wù)代碼； OS_EXIT_CRITICAL( );page西安郵電學(xué)院 計算機系222022-4-143.1 uC/OS-II 的中斷nuC/OS-II 的中斷服務(wù)程序的中斷服務(wù)程序( ISR )的編寫的編寫- 中斷句柄中斷句柄uC/OS-II 約定：每個受控的約定：每個受控的 ISR 都必須按照都必須按照ADS匯編宏匯編宏的格式要求，在的格式要求，在 IRQ.s 的尾部添加中斷句柄：的尾部添加中斷句柄：xxx_Handler HANDLER xxx_Exception備注：備注：nxxx_Handeler 句柄是在句柄是在 target.c 文件文件

20、void VICInit(void) 函數(shù)中約定的；函數(shù)中約定的；n中斷源用中斷源用 “中斷源通道號中斷源通道號” 對應(yīng)指派；對應(yīng)指派；nHANDLER 是語言關(guān)鍵詞（是語言關(guān)鍵詞（keyword）；）；nxxx_Exception 是是 ISR 的函數(shù)名；的函數(shù)名；n在中斷源正式工作前，首先要進行在中斷源正式工作前，首先要進行 “中斷源初始中斷源初始化化” (VIC初始化初始化)，這部分的代碼一般編放在一個，這部分的代碼一般編放在一個硬件系統(tǒng)初始化函數(shù)中（該函數(shù)一般是編寫在硬件系統(tǒng)初始化函數(shù)中（該函數(shù)一般是編寫在 target.c 文件中），（代碼少的話）也可以放在文件中），（代碼少的話）也

21、可以放在main()函數(shù)中。函數(shù)中。page西安郵電學(xué)院 計算機系232022-4-143.1 uC/OS-II 的中斷nuC/OS-II 的中斷服務(wù)程序的中斷服務(wù)程序( ISR )的編寫的編寫- VIC 配置配置VIC初始化部分主要是：用初始化部分主要是：用 “中斷通道號中斷通道號” 指定中斷源和指定中斷源和對應(yīng)的中斷句柄。例如：指定對應(yīng)的中斷句柄。例如：指定Timer1 的的 ISR 句柄為：句柄為：Timer1_Handler，并將其配置到硬件優(yōu)先級，并將其配置到硬件優(yōu)先級 10 代碼如下：代碼如下：void VICInit(void) extern void Timer1_Handle

22、r(void); VICVectAddr10 = (uint32)Timer1_Handler; VICVectCntl10 = (0 x20 | 0 x05); VICIntEnable = 1 5; / 允許 Timer1 中斷 在在 IRQ.s 文件的尾部添加中斷句柄指定：文件的尾部添加中斷句柄指定： Timer1_Handler HANDLER Timer1_Exception 編寫編寫 Timer1_ISR (Timer1_Exception) void Timer1_Exception( void ) 關(guān)中斷；清中斷；通知關(guān)中斷；清中斷；通知VIC中斷已響應(yīng)；開中斷；中斷已響應(yīng)；開

23、中斷； C 代碼完成代碼完成Timer1 具體業(yè)務(wù)處理；具體業(yè)務(wù)處理； page西安郵電學(xué)院 計算機系242022-4-143.1 uC/OS-II 的中斷nuC/OS-II 的中斷服務(wù)程序的中斷服務(wù)程序( ISR )的編寫的編寫- 外設(shè)初始化外設(shè)初始化若想使指定的外設(shè)按照我們約定的方式工作，需對它進行若想使指定的外設(shè)按照我們約定的方式工作，需對它進行初始化，此部分代碼主要工作：設(shè)置外設(shè)的工作方式。例初始化，此部分代碼主要工作：設(shè)置外設(shè)的工作方式。例如：設(shè)置如：設(shè)置 Timer1 的定時常數(shù)、中斷允許否。代碼如下：的定時常數(shù)、中斷允許否。代碼如下： void Timer1Init(void)

24、T1IR = 0 xffffffff;/* 清除清除Timer1的中斷標(biāo)示的中斷標(biāo)示 */ T1TC = 0;/* Timer1的定時計數(shù)器的定時計數(shù)器TC賦初值賦初值 */ T1TCR = 0 x01;/* Timer1使能使能 & 解復(fù)位解復(fù)位 */ T1MCR = 0 x03;/* 設(shè)置設(shè)置Timer1 匹配控制寄存器：當(dāng)匹配控制寄存器：當(dāng) T1TC=T1MR0時，時，Timer1 復(fù)位并產(chǎn)生中斷復(fù)位并產(chǎn)生中斷 */ T1MR0 = (Fpclk / OS_TICKS_PER_SEC);/* 設(shè)置匹配常數(shù)設(shè)置匹配常數(shù) */ page西安郵電學(xué)院 計算機系252022-4-143.

25、1 uC/OS-II 的中斷nuC/OS-II 的中斷使用策略的中斷使用策略 （備注：具體情況具體分析）（備注：具體情況具體分析）n起因：起因：n故而：故而：uC/OS-II對任務(wù)有完備的管理能力，一系統(tǒng)函數(shù)的方對任務(wù)有完備的管理能力，一系統(tǒng)函數(shù)的方式為用戶提供了豐富的管理手段；式為用戶提供了豐富的管理手段；硬件層上希望硬件層上希望ISR盡量的短；盡量的短；通常并不將中斷事件對應(yīng)的業(yè)務(wù)處理代碼安排在通常并不將中斷事件對應(yīng)的業(yè)務(wù)處理代碼安排在ISR中，中，而是在而是在ISR中僅安排產(chǎn)生中僅安排產(chǎn)生 “信號信號” 或或 “消息消息” ，將物，將物理級的中斷事件轉(zhuǎn)換為邏輯級的事件，通過中斷級任理級的

26、中斷事件轉(zhuǎn)換為邏輯級的事件，通過中斷級任務(wù)器務(wù)器OSIntCtxSw( ) 調(diào)度，再完成具體功能。調(diào)度，再完成具體功能。備注：中斷方式數(shù)據(jù)采集實例參考嵌入式實時操作系統(tǒng)的編程技術(shù)周航慈 Page 55 - 62page西安郵電學(xué)院 計算機系262022-4-14第3章 目錄n1、 uC/OS-II的中斷n2、 uC/OS-II的時鐘n3、時間管理page西安郵電學(xué)院 計算機系272022-4-143.2 uC/OS-II 的時鐘任何任何OS都需要一個標(biāo)準(zhǔn)時鐘作為系統(tǒng)資源，驅(qū)動都需要一個標(biāo)準(zhǔn)時鐘作為系統(tǒng)資源，驅(qū)動OS前前行，如用于系統(tǒng)定時、延時、超時判斷等；定時通常由硬行，如用于系統(tǒng)定時、延時、

27、超時判斷等；定時通常由硬件定時器實現(xiàn)。件定時器實現(xiàn)。uC/OS-II移植到移植到ARM上時，用上時，用 Timer0 實現(xiàn)它的實現(xiàn)它的 “標(biāo)準(zhǔn)時標(biāo)準(zhǔn)時鐘鐘” 。其周期的設(shè)置方法：在。其周期的設(shè)置方法：在 uC/OS-II 配置文件配置文件OS_CFG.H 中用宏定義方式設(shè)置。中用宏定義方式設(shè)置。#define OS_TICKS_PER_SEC 200片內(nèi)外設(shè)片內(nèi)外設(shè) Timer0 的的 ISR （Tmier0_Exception( )，在有些，在有些書中稱為書中稱為 OSTickISR( ) ）通過調(diào)用）通過調(diào)用 OSTimeTick( ) 函數(shù)，完函數(shù)，完成每個成每個OS節(jié)拍的系統(tǒng)工作。節(jié)拍

28、的系統(tǒng)工作。page西安郵電學(xué)院 計算機系282022-4-143.2 uC/OS-II 的時鐘nuC/OS-II 的的OSTimeTick( ) 函數(shù)的兩個基本功能函數(shù)的兩個基本功能OSTime +； / * 它位于OS_CORE.C文件，INT32U 類型 */遍歷遍歷 TCB 鏈表，將任務(wù)延時變量鏈表，將任務(wù)延時變量 OSTCBDly - ，若該變，若該變量為量為 0 ，且該任務(wù)又不是，且該任務(wù)又不是Suspend，則將該任務(wù)轉(zhuǎn)入到，則將該任務(wù)轉(zhuǎn)入到“就緒狀態(tài)就緒狀態(tài)”；備注：備注：OSTimeTick( ) 函數(shù)是函數(shù)是 uC/OS-II 的基本組成部分，位于的基本組成部分，位于 OS

29、_CORE.C 文件中。文件中。該函數(shù)中內(nèi)嵌了該函數(shù)中內(nèi)嵌了 OSTimeTickHook( ) “時鐘鉤子函數(shù)時鐘鉤子函數(shù)” ，用戶可以將目標(biāo)系統(tǒng)中需要單節(jié)拍觸發(fā)的業(yè)務(wù)安排在此用戶可以將目標(biāo)系統(tǒng)中需要單節(jié)拍觸發(fā)的業(yè)務(wù)安排在此函數(shù)中。函數(shù)中。page西安郵電學(xué)院 計算機系292022-4-14第3章 目錄n1、 uC/OS-II的中斷n2、 uC/OS-II的時鐘n3、時間管理page西安郵電學(xué)院 計算機系302022-4-143.3 uC/OS-II 的的時間管理時間管理 -（任務(wù)延時、取消延時、獲?。ㄈ蝿?wù)延時、取消延時、獲取/設(shè)置系統(tǒng)時間等操作）設(shè)置系統(tǒng)時間等操作）n任務(wù)的延時任務(wù)的延時uC/OS-II 規(guī)定除了規(guī)定除了OSTaskIdel( ) 之外的所有任務(wù)必須在任務(wù)之外的所有任務(wù)必須在任務(wù)體中合適的位置安排體中合適的位置安排OSTimeDly( ) 函數(shù)，使本任務(wù)的運行能延函數(shù)，使本任務(wù)的運行能延時（暫停）一段時間或時（暫停）一段時間或xxxPend函數(shù)，使其他任務(wù)有機會得到函數(shù)，使其他任務(wù)有機會得到CPU運行機會。運行機會。備注：備注： OSTimeDly( ) 函數(shù)結(jié)束時會進行一次任務(wù)調(diào)度。函數(shù)結(jié)束時會進行一次任務(wù)調(diào)度。