ARM开发之任务切换-优快云博客

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*作者：蔡军生
*出处：http://blog.youkuaiyun.com/caimouse/
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学习ARM开发(20)
OS的任务切换
有了前面的Tick中断，那么基本的任务切换条件已经是“万事俱备，只欠东风”了。不过，这个“东风”也是很难搞得懂的，只有不断地通过实践才会找到合适的方法。现在我就需要去找这个东风了，就是解决不同的任务切换的问题。从简单到复杂，这是任何事物的认识过程，也是行之有效的方法。绝对不要一上来就搞一个很复杂的，因为人的理解能力还是有限的。最简单的任务切换，就是我需要实现的：只需要实现两个任务不断地来回切换，就已经说明可行了。那我先把这两个任务设置为最简单的，因此，就把任务的栈定下来，因为每个任务的栈是肯定不同的，所以我选择了固定地设置栈地址。比如第一个任务的栈地址是0x0c700000，第二个任务的栈地址是0x0c700200。接着就需要把任务这两个栈初始化成中断返回的方式，就是需要保存R0到R12，LR，PC，CPSR等寄存器的值。

这时就需要理解ARM的几种工作模式了，目前我使用到的只有两种模式：IRQ和SVC模式。在这两种模式下，它的寄存器是有一些不同的。就是SP，LR，SPCR的寄存器不同样，并且LR与SPCR在两种模式中是有关联的。当从SVC模式转换到IRQ模式时，它的LR，就是在SVC下的执行的下一条指令地址减4；SPSR就是SVC模式下的CPSR寄存器的值。因此，在IRQ中断之后，一定要想办法把这两个寄存器保存下来，否则就返回不到先前的任务了。由于SVC与IRQ的SP是不一样的，并且在SVC下的LR也没有办法保存，那么就一定要切换回到SVC模式下，才能访问这个任务的栈了，并且那时才能保存LR的值。因此，特殊的要求就在这里了。

由于我的OS是采用时间片轮转算法，那么当时间片到时，TICK中断就会中断任务的运行，并且要切换到新的任务运行。具体过程是这样的：启动时第一个任务运行，当时间片使用完了，那么TICK中断就发生，接着就保存IRQ模式下的LR,SPCR寄存器到内存某个位置，并且把R0到R12的所有寄存器恢复，接着切换回到SVC模式。接着保存一个寄存器的值，然后用这个寄存器从内存读回来在IRQ方式保存的LR值。然后把这个LR值压入栈，这个LR值就是任务再回来时要运行的PC值。因此把它放到最先栈里，到时出栈才方便。接着保存SVC模式下的LR值，保存R0到R12的值，然后保存SPCR值。到这里，就把所有任务恢复时所需要的寄存器保存了。

到后面，接着再写一段可以恢复任务的汇编程序就可以了，这个就是上面的压栈反向过程。通过这样的方法，就可以不断来回地切换任务了。

学习ARM开发(21)
OS任务切换源程序分析

先要声明任务指针，因为后面需要使用。

//任务指针.

volatile TASK_TCB* volatile g_pCurrentTask = NULL;

volatile TASK_TCB* volatile g_pCurrentTask1 = NULL;

volatile TASK_TCB* volatile g_pCurrentTask2 = NULL;

接着就需要初始化这些任务栈，用下面的代码进行初始化，为了简单，全部使用内存地址操作的方式，当然后面会改成动态地分配内存的方式。代码如下：

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//函数名称:   TaskInitStack
//函数功能:   分配任务的栈。
//输入参数:
//输出参数:
//返回值:
//开发人员:   蔡军生
//时    间:   2006/02/26
//修改说明:
//
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

void TaskInitStack(void)

{

g_pCurrentTask1 = (PTASK_TCB)0x0c700000;

g_pCurrentTask1->pStackStart = (UINT*)(0x0c700000+0x200);

g_pCurrentTask1->pStackTop = g_pCurrentTask1->pStackStart + 0x100;

g_pCurrentTask2 = (PTASK_TCB)(0x0c700000 + 0x400);

g_pCurrentTask2->pStackStart = (UINT*)(0x0c700000+0x400 + 0x200);

g_pCurrentTask2->pStackTop = g_pCurrentTask2->pStackStart + 0x100;

}

接着再创建两个简单的任务，它们都是输出一行字符串，就等待一会，代码如下：

void TaskTest1(void)

{
for(;;)

       {
              Lock();
              puts("TaskTest1/n");
              UnLock();

SoftDelay(100);
}

}
//

void TaskTest2(void)

{
for(;;)

       {
              Lock();
              puts("TaskTest2/n");
              UnLock();

SoftDelay(100);
}
}

然后再初始化任务栈，代码如下：

void TaskStart(void)

{
//

UINT* pTemp = g_pCurrentTask1->pStackTop;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)TaskTest1;

g_pCurrentTask1->pStackTop--;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)0x14141414; /* R14 */

g_pCurrentTask1->pStackTop--;

// *g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)pTemp; /* R13 */

// g_pCurrentTask1->pStackTop--;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)0x12121212; /* R12 */

g_pCurrentTask1->pStackTop--;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)0x11111111; /* R11 */

g_pCurrentTask1->pStackTop--;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)0x10101010; /* R10 */

g_pCurrentTask1->pStackTop--;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)0x09090909; /* R9 */

g_pCurrentTask1->pStackTop--;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)0x08080808; /* R8 */

g_pCurrentTask1->pStackTop--;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)0x07070707; /* R7 */

g_pCurrentTask1->pStackTop--;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)0x06060606; /* R6 */

g_pCurrentTask1->pStackTop--;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)0x05050505; /* R5 */

g_pCurrentTask1->pStackTop--;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)0x04040404; /* R4 */

g_pCurrentTask1->pStackTop--;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)0x03030303; /* R3 */

g_pCurrentTask1->pStackTop--;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)0x02020202; /* R2 */

g_pCurrentTask1->pStackTop--;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)0x01010101; /* R1 */

g_pCurrentTask1->pStackTop--;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)0; /* R0 */

g_pCurrentTask1->pStackTop--;

*g_pCurrentTask1->pStackTop = (UINT)0x13; /* SPSR */

       //
       //
       //

pTemp = g_pCurrentTask2->pStackTop;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)TaskTest2;

g_pCurrentTask2->pStackTop--;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)0x14141414; /* R14 */

g_pCurrentTask2->pStackTop--;

// *g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)pTemp; /* R13 */

// g_pCurrentTask2->pStackTop--;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)0x12121212; /* R12 */

g_pCurrentTask2->pStackTop--;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)0x11111111; /* R11 */

g_pCurrentTask2->pStackTop--;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)0x10101010; /* R10 */

g_pCurrentTask2->pStackTop--;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)0x09090909; /* R9 */

g_pCurrentTask2->pStackTop--;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)0x08080808; /* R8 */

g_pCurrentTask2->pStackTop--;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)0x07070707; /* R7 */

g_pCurrentTask2->pStackTop--;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)0x06060606; /* R6 */

g_pCurrentTask2->pStackTop--;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)0x05050505; /* R5 */

g_pCurrentTask2->pStackTop--;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)0x04040404; /* R4 */

g_pCurrentTask2->pStackTop--;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)0x03030303; /* R3 */

g_pCurrentTask2->pStackTop--;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)0x02020202; /* R2 */

g_pCurrentTask2->pStackTop--;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)0x01010101; /* R1 */

g_pCurrentTask2->pStackTop--;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)0; /* R0 */

g_pCurrentTask2->pStackTop--;

*g_pCurrentTask2->pStackTop = (UINT)0x13; /* SPSR */

//设置首先运行的任务是1.

g_pCurrentTask = g_pCurrentTask1;

}

代码初始化了两个任务栈后，接着设置第一个任务为优先运行的任务。

最后就需要进行中断任务调度任务进行运行了，代码如下：

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
//函数名称:   EIntTickIsr
//函数功能:   时钟中断函数。
//输入参数:
//输出参数:
//返回值:
//开发人员:   蔡军生
//时    间:   2006/02/26
//修改说明:
//
///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

void EIntTickIsr(void) __attribute__((naked));

void EIntTickIsr(void)

{

//保存R0-R12寄存器到栈里.

asm volatile(" STMDB SP!, {R0-R12} ");

//关闭TICK中断.

INTMSK |= BIT_GLOBAL|BIT_TICK;

//取得保存IRQ的LR地址,并保存LR.

asm volatile (" LDR R0,=g_dwIRQLR" );

asm volatile (" SUBS LR,LR,#4 ");

asm volatile (" STR LR,[R0] ");

//取回前面保存的R0-R12寄存的值.

asm volatile (" LDMIA SP!, {R0-R12} ");

//取得最后返回的SPSR,就是SVC模式下的CPSR.

//从IRQ模式切换回到SVC模式.

asm volatile (" MRS LR,SPSR ");

asm volatile (" ORR LR,#0xc0 ");

asm volatile (" MSR CPSR,LR ");

//现在已经转换回到SVC模式,取回IRQ模式下保存的LR.

//把R0的值保存到栈中第二个位置.

asm volatile (" STR R0,[SP,#-8] ");

//从保存位置取回IRQ模式下保存的LR值.

asm volatile (" LDR R0,=g_dwIRQLR" );

asm volatile (" LDR R0,[R0] ");

//把IRQ模式下的LR保存到栈里,就是出栈时的PC值.

asm volatile (" STMDB SP!,{R0} ");

//从栈里第二个位置取回先前保存的R0值.

asm volatile (" SUBS SP,SP,#4 ");

asm volatile (" LDMIA SP!,{R0} ");

//保存R0-R12,LR到栈里,入栈顺序是刚好相反的.

asm volatile (" STMDB SP!,{R0-R12,LR} ");

//保存CPSR的值到栈里,就是SPSR的位置.

asm volatile (" MRS R4,CPSR ");

asm volatile (" BIC R4,#0xc0 ");

asm volatile (" STMDB SP!,{R4} ");

//保存栈顶到任务指针里．

asm volatile ( "LDR R0, %0" : : "m" (g_pCurrentTask) );

asm volatile ( "STR SP, [R0]" );

//增加时钟计数.

g_dwTickCount++;

//
printf("g_dwTickCount = (%d)/n",g_dwTickCount);

//
//清除屏蔽位.

I_ISPC = BIT_TICK;

INTMSK &= ~(BIT_GLOBAL|BIT_TICK);

//
if (g_dwTickCount < 3)

       {
              g_pCurrentTask = g_pCurrentTask1;
       }

else if (g_dwTickCount < 4)

       {
              g_pCurrentTask = g_pCurrentTask2;
       }
       else

       {
              g_dwTickCount = 0;
       }

//取得新任务指针

asm volatile ( "LDR R0, %0" : : "m" (g_pCurrentTask) );

asm volatile ( "LDR SP, [R0]" );

//取回SPSR值.

asm volatile ( "LDMIA SP!, {R0}" );

asm volatile ( "MSR SPSR, R0" );

//取回R0-R12,LR,PC值,并运行最后的任务.

asm volatile ( "LDMIA SP!, {R0-R12,LR,PC}^" );

}

写完上面的代码，就可以真正地实现了任务调度了。有了以上的代码，写其它复杂的任务调试都变得很容易了，这些代码得来是不太容易的，我经历了好几个星期的调试才通过的。

这些都是在我的S3C44B0开发板上调试通过的，如果你没有开发板，可以跟我购买。联系方法ccaimouse#gmail.com（请把#换成@）。

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