UCOS-III 系统启动接口OSStart详解

        在实时操作系统 uC/OS-III 中，OSStart 函数是启动多任务处理的关键步骤。它让 uC/OS-III 管理已经创建的任务。在调用 OSStart 之前，必须先调用 OSInit 并至少创建一个应用任务。本文将详细解析 OSStart 函数的工作原理。

1. OSStart 函数概述

OSStart 函数主要完成以下任务：

1. 检查操作系统是否已初始化
2. 计算内核任务的数量
3. 检查是否有应用任务已创建
4. 设置最高优先级任务
5. 启动最高优先级任务
6. 错误处理

2. OSStart 函数流程图

3. OSStart 函数详细解析

3.1 检查操作系统是否已初始化

在 OSStart 函数中，首先检查操作系统是否已初始化。如果操作系统未初始化，则返回错误。

if (OSInitialized != OS_TRUE) {
    *p_err = OS_ERR_OS_NOT_INIT;
    return;
}

3.2  计算内核任务的数量并检查是否有应用任务已创建

计算内核任务（如统计任务、定时器任务和空闲任务）的数量，并检查是否有应用任务创建

kernel_task_cnt = 0u;
#if (OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u)
    kernel_task_cnt++;
#endif
#if (OS_CFG_TMR_EN > 0u)
    kernel_task_cnt++;
#endif
#if (OS_CFG_TASK_IDLE_EN > 0u)
    kernel_task_cnt++;
#endif
if (OSTaskQty <= kernel_task_cnt) {
    *p_err = OS_ERR_OS_NO_APP_TASK;
    return;
}

3.3. 设置最高优先级任务

设置当前最高优先级任务

if (OSRunning == OS_STATE_OS_STOPPED) {
    OSPrioHighRdy   = OS_PrioGetHighest();
    OSPrioCur       = OSPrioHighRdy;
    OSTCBHighRdyPtr = OSRdyList[OSPrioHighRdy].HeadPtr;
    OSTCBCurPtr     = OSTCBHighRdyPtr;
    OSRunning       = OS_STATE_OS_RUNNING;
}

3.4  调用OSStartHighRdy启动就绪任务

OSStartHighRdy();  /* Execute target specific code to start task */
*p_err = OS_ERR_FATAL_RETURN;

4. 如何启动第一个就绪任务

 调用OSStartHighRdy 启动第一个就绪任务。该函数的主要作用是触发一个 PendSV 异常，从而引发上下文切换，开始执行第一个任务。函数的主要步骤包括设置 PendSV 异常优先级、初始化堆栈指针、获取当前高优先级任务、恢复任务上下文等

4.1 OSStartHighRdy 流程图

4.2 详细解析

4.2.1 禁止中断

通过禁止中断（CPSID I 指令），防止在上下文切换期间发生中断

CPSID   I

4.2.2 设置 PendSV 异常优先级

设置 PendSV 异常优先级为最低优先级，确保任务切换不会中断其他更高优先级的中断服务程序

MOV32   R0, NVIC_SYSPRI14
MOV32   R1, NVIC_PENDSV_PRI
STRB    R1, [R0]

4.2.3  初始化 PSP 

将 PSP（进程堆栈指针）设置为 0，用于初始上下文切换调用

MOVS    R0, #0
MSR     PSP, R0

4.2.4  初始化 MSP

将 MSP（主堆栈指针/中断堆栈指针）初始化为 OS_CPU_ExceptStkBase

MOV32   R0, OS_CPU_ExceptStkBase
LDR     R1, [R0]
MSR     MSP, R1

4.2.5 调用 OSTaskSwHook

调用 OSTaskSwHook 函数，用于执行其他操作

BL      OSTaskSwHook

4.2.6 设置当前优先级

设置当前优先级（OSPrioCur）为最高优先级（OSPrioHighRdy）

MOV32   R0, OSPrioCur
MOV32   R1, OSPrioHighRdy
LDRB    R2, [R1]
STRB    R2, [R0]

4.2.7 设置当前任务控制块指针

设置当前任务控制块指针（OSTCBCurPtr）为最高优先级任务控制块指针（OSTCBHighRdyPtr）

MOV32   R0, OSTCBCurPtr
MOV32   R1, OSTCBHighRdyPtr
LDR     R2, [R1]
STR     R2, [R0]

4.2.8 加载 PSP

从最高优先级任务控制块指针（OSTCBHighRdyPtr）中加载新的进程堆栈指针（PSP）

LDR     R0, [R2]
MSR     PSP, R0

4.2.9 更新 CONTROL 寄存器

更新 CONTROL 寄存器，确保使用 PSP 作为堆栈指针并禁用浮点协处理器。

MRS     R0, CONTROL
ORR     R0, R0, #2
BIC     R0, R0, #4
MSR     CONTROL, R0
ISB

4.2.10 恢复任务上下文

从堆栈中恢复任务的寄存器上下文，使能中断，并跳转到任务的程序计数器

LDMFD    SP!, {R4-R11, LR}
LDMFD    SP!, {R0-R3}
LDMFD    SP!, {R12, LR}
LDMFD    SP!, {R1, R2}
CPSIE    I
BX       R1

5. 为什么设置PendSV异常优先级为最低优先级

       PendSV通常用于实现上下文切换，即从一个任务切换到另一个任务。以下是设置 PendSV 异常优先级为最低优先级的几个原因：

5.1. 确保任务切换在所有其他中断处理之后进行

        PendSV 的主要用途是触发任务切换。通过将 PendSV 的优先级设置为最低，可以确保它在所有其他中断处理完成之后才被执行。以确保系统中更高优先级的中断能够及时处理，不会被任务切换延迟。

5.2. 避免中断嵌套

        如果 PendSV 异常的优先级高于某些中断，那么在这些中断处理过程中可能会发生任务切换，从而导致中断嵌套和处理复杂性增加。将 PendSV 的优先级设置为最低，可以避免这种情况，确保任务切换在所有中断处理完成后进行，简化了中断处理逻辑。

5.3. 优化系统实时性

        系统的实时性要求某些关键中断必须尽快得到响应。通过将 PendSV 的优先级设置为最低，可以确保这些关键中断优先得到处理，从而提高系统的实时性。

5.4. 避免中断响应时间过长

        在嵌入式系统中，某些中断（如定时器中断、外部事件中断等）的响应时间非常关键。如果 PendSV 的优先级高于这些中断，那么在处理任务切换时可能会延迟这些中断的响应，导致系统性能下降或数据丢失。将 PendSV 的优先级设置为最低，可以避免这种情况，确保关键中断得到及时响应。