LPC2292芯片的μC/OS-II硬件抽象層構(gòu)建

圖2 堆棧增長的方向

3.4 任務上下文切換

　　任務上下文管理負責嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核中任務管理部分對任務寄存器上下文的創(chuàng)建、刪除以及切換等操作。任務的寄存器上下文是操作系統(tǒng)內(nèi)核所管理的任務的重要組成部分，是CPU內(nèi)核的寄存器中內(nèi)容的映像，因此上下文管理的實現(xiàn)依賴于CPU 內(nèi)核中寄存器的組織，是與體系結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的。通用硬件抽象層的任務上下文管理統(tǒng)一定義體系結(jié)構(gòu)中的寄存器上下文的保護格式，提供了任務管理對任務上下文的基本操作的API接口。

　　μC/OS-II的任務切換其實就是通過改變PC中的內(nèi)容來實現(xiàn)的。將PC指向新任務開始運行的地方，同時將當前任務（被搶占任務）環(huán)境保存到相應的任務堆棧中，將新任務環(huán)境從任務堆棧中恢復到相應的寄存器中。

　　μC/OS-II用OS_TASK_SW（）完成任務級切換。將μC/OS-II移植到LPC2292上，其任務切換代碼如下：

　　;OS_TASK_SW
　　;/************************************************
　　;① 在當前任務（被搶占任務）的堆棧保存當前任務環(huán)境
　　;/************************************************
　　STMFDSP!, {LR};LR中其實是任務切換時對應的PC值
　　STMFDSP!, {LR}
　　STMFDSP!, {R0R12}
　　MRSR0,CPSR
　　STMFDSP!,{R0}
　　;/************************************************
　　;② 獲取當前任務（被搶占任務）控制塊地址，地址在R0；獲取當
　　;前任務（被搶占任務）SP地址，在R1；保存新SP到當前任務（被
　　;搶占任務）的TCB
　　;/************************************************
　　LDRR0,=OSTCBCur
　　LDRR1,[R0]
　　STRSP,[R1]
　　;/**********************************************
　　;③ 獲取新最高優(yōu)先級任務控制塊地址，保存最高優(yōu)先級任務
　　;地址到當前任務地址
　　;/************************************************
　　LDRR2,=OSTCBHighRdy
　　LDRR1,[R2]
　　STRR1,[R0]
　　;/************************************************
　　;④ 獲取當前新任務SP
　　;/************************************************
　　LDRSP,[R1]
　　;/************************************************
　　;⑤ 恢復任務環(huán)境
　　;/************************************************
　　LDMFDSP!,{R0}
　　MSRSPSR_csxf,R0
　　LDMFDSP!,{R0R12,PC}^

3.5 中斷結(jié)構(gòu)和中斷處理程序的設計

　　中斷結(jié)構(gòu)和中斷處理程序的設計是嵌入式操作系統(tǒng)HAL中最重要的組成部分。中斷機制是操作系統(tǒng)內(nèi)核實現(xiàn)與外部設備通信、任務系統(tǒng)調(diào)用、進行出錯處理，以及實現(xiàn)對任務的實時調(diào)度的重要手段。因此，硬件抽象層中斷系統(tǒng)的管理部分是整個硬件抽象層中的關(guān)鍵。

　　μC/OS-II采用了二次跳轉(zhuǎn)的辦法。首先在ARM處理器定義的中斷向量處安放跳轉(zhuǎn)指令，跳轉(zhuǎn)到指定位置后，再進行位置的第二次映射。其中位置的映射是通過一個匯編定義的宏來實現(xiàn)的。將μC/OS-II移植到LPC2292中，其宏匯編的定義如下：

MACRO
　　$IRQ_Label HANDLER $IRQ_Exception_Function
　　EXPORT$IRQ_Label; 輸出的標號
　　IMPORT$IRQ_Exception_Function; 引用的外部標號

$IRQ_Label
　　SUBLR, LR, #4; 計算返回地址
　　STMFDSP!, {R0R3, R12, LR}; 保存任務環(huán)境
　　MRSR3, SPSR; 保存狀態(tài)
　　STMFDSP, {R3, SP, LR}^; 保存用戶狀態(tài)的R3、SP、LR，注意不能回寫
　　BL$IRQ_Exception_Function; 調(diào)用C語言的中斷處理程序
　　;/************************************************
　　;比較當前任務控制塊和最高優(yōu)先級任務控制塊是否一致，如果一致則直接恢復任務環(huán)境；否則，在中斷退出時需要進行任務切換，CPU將運行優(yōu)先級最高的任務，而不是中斷前運行的任務
　　;***********************************************
　　LDRR0, =OSTCBHighRdy
　　LDRR0, [R0]
　　LDRR1, =OSTCBCur
　　LDRR1, [R1]
　　CMPR0, R1
　　ADDSP, SP, #4*3
　　MSRSPSR_cxsf, R3
　　LDMEQFDSP!, {R0R3, R12, PC}^; 恢復環(huán)境
　　LDRPC, =OS_TASK_SW; 調(diào)用進行任務切換
MEND

　　為了使用ISR的匯編宏，每個受μC/OS-II管理的ISR都必須按宏匯編要求的格式，在文件IRQ.S中定義：

　　XXXX_HANDLERHANDLERXXXX_Exception

　　其中：

　　XXXX_HANDLER是ISR的起始地址，即匯編宏的起始地址，在初始化向量中斷控制器時作為中斷向量的地址使用。用戶按中斷源來命名，即把其中的XXXX換為具體的中斷源名稱。

　　XXXX_Exception是用戶用C語言實現(xiàn)編寫的功能函數(shù)名。該函數(shù)供匯編宏調(diào)用，用戶可以按實際的中斷源來命名，即把XXXX換為具體的中斷源名稱。

3.6 定時管理

　　μC/OS-II需要一個周期性的中斷源來產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘節(jié)拍。μC/OS-II利用了LPC2292的Timer0作為定時器產(chǎn)生時鐘節(jié)拍。其實現(xiàn)步驟為:

　　添加中斷句柄Timer0_HandlerHANDLER Timer0_Exception配置中斷源定時器T0IR = 0xffffffff;T0TC = 0;T0TCR = 0x01;T0MCR = 0x03;T0MR0 = (Fpclk / OS_TICKS_PER_SEC);配置向量中斷控制器extern void Timer0_Handler(void);VICVectAddr0 = (uint32)Timer0_Handler;VICVectCntl0 = (0x20 | 0x04);使能中斷VICIntEnable = 14;

4 總結(jié)

　　硬件抽象層的出現(xiàn)，使得嵌入式操作系統(tǒng)的設計者不需要考慮嵌入式系統(tǒng)硬件環(huán)境差異較大的問題，可以專心設計通用的操作系統(tǒng)，而將與硬件的接口部分留給硬件抽象層來實現(xiàn)，這樣大大提高了嵌入式操作系統(tǒng)在不同硬件平臺之間的移植能力。本文基于LPC2292硬件平臺，詳細介紹了μC/OS-II的硬件抽象層的構(gòu)建方法，對其向其他平臺的移植提供了參考。