uCOS II在SkyEye上的移植分析 02 编译器, 开关, 如何

samwalton

当进行函数调用时，入口参数和返回地址一般都会保存在当前任务的堆栈中，编译器的编译选项和由此生成的堆栈指令就会决定堆栈的增长方向。

图7

宏定义
　包括开关中断的宏定义，以及进行任务切换的宏定义。

图8
　
2.OS_CPU_C.C 文件
任务堆栈初始化
　这里涉及到任务初始化时的一个堆栈设计，也就是在堆栈增长方向上如何定义每个需要保存的寄存器位置，在arm 体系结构下，任务堆栈空间由高至低依次将保存着pc、lr、r12、r11、r10、…r1、r0、CPSR、SPSR。

图9
　这里需要说明两点，一是当前任务堆栈初始化完成后，OSTaskStkInit 返回新的堆栈指针stk，在OSTaskCreate（）执行时将会调用 OSTaskStkInit 的初始化过程，然后通过OSTCBInit（）函数调用将返回的sp指针保存到该任务的TCB块中。二是初始状态的堆栈其实是模拟了一次中断发生后的堆栈结构，因为任务被创建后并不是直接就获得执行的，而是通过OSSched（）函数进行调度分配，满足执行条件后才能获得执行的。为了使这个调度简单一致，就预先将该任务的pc指针和返回地址lr都指向函数入口，以便被调度时从堆栈中恢复刚开始运行时的处理器现场。

图10

系统hook函数
　此外，在这个文件里面还需要实现几个操作系统规定的hook函数，如下：
    　OSSTaskCreateHook( )
　    OSTaskDelHook( )
　　OSTaskSwHook( )
　　OSTaskStatHook( )
　　OSTimeTickHook( )
　如果没有特殊需求，则只需要简单地将它们都实现为空函数就可以了。

3.OS_CPU_A.S 文件
　OSStartHighRdy（）
　此函数是在OSStart（）多任务启动之后，负责从最高优先级任务的TCB控制块中获得该任务的堆栈指针sp，通过sp依次将cpu现场恢复，这时系统就将控制权交给用户创建的该任务进程，直到该任务被阻塞或者被其他更高优先级的任务抢占cpu。该函数仅仅在多任务启动时被执行一次，用来启动第一个，也就是最高优先级的任务执行，之后多任务的调度和切换就是由下面的函数来实现。
　OSCtxSw（）
　任务级的上下文切换，它是当任务因为被阻塞而主动请求cpu调度时被执行，由于此时的任务切换都是在非异常模式下进行的，因此区别于中断级别的任务切换。它的工作是先将当前任务的cpu现场保存到该任务堆栈中，然后获得最高优先级任务的堆栈指针，从该堆栈中恢复此任务的cpu现场，使之继续执行。这样就完成了一次任务切换。
　OSIntCtxSw（）
　中断级的任务切换，它是在时钟中断ISR（中断服务例程）中发现有高优先级任务等待的时钟信号到来，则需要在中断退出后并不返回被中断任务，而是直接调度就绪的高优先级任务执行。这样做的目的主要是能够尽快地让高优先级的任务得到响应，保证系统的实时性能。它的原理基本上与任务级的切换相同，但是由于进入中断时已经保存过了被中断任务的cpu现场，因此这里就不用再进行类似的操作，只需要对堆栈指针做相应的调整，原因是函数的嵌套。
　OSTickISR（）
　时钟中断处理函数，它的主要任务是负责处理时钟中断，调用系统实现的OSTimeTick函数，如果有等待时钟信号的高优先级任务，则需要在中断级别上调度其执行。其他相关的两个函数是OSIntEnter（）和OSIntExit（），都需要在ISR中执行。
　ARMEnableInt（）& armDisableInt（）
　分别是退出临界区和进入临界区的宏指令实现。主要用于在进入临界区之前关闭中断，在退出临界区的时候恢复原来的中断状态。它的实现比较简单，可以采用方法1直接开关中断来实现，也可以采用方法2通过保存关闭/恢复中断屏蔽位来实现。

我的移植体会
　移植 uC/OS-II 的绝大部分工作都集中在 os_cpu_a.S 文件的移植，这个文件的实现集中体现了所要移植到处理器的体系结构和uC/OS-II 的移植原理；在这个文件里，最困难的工作又集中体现在OSIntCtxSw 和 OSTickISR 这两个函数的实现上。这是因为这两个函数的实现是和移植者的移植思路以及相关硬件定时器、中断寄存器的设置有关。在实际的移植工作中，这两个地方也是比较容易出错的地方。
　OSIntCtxSw 最重要的作用就是它完成了在中断ISR中直接进行任务切换，从而提高了实时响应的速度。它发生的时机是在 ISR 执行到 OSIntExit 时，如果发现有高优先级的任务因为等待的 time tick 到来获得了执行的条件，这样就可以马上被调度执行，而不用返回被中断的那个任务之后再进行任务切换，因为那样的话就不够实时了。
　实现 OSIntCtxSw 的方法大致也有两种情况：一种是通过调整 sp 堆栈指针的方法，根据所用的编译器对于函数嵌套的处理，通过精确计算出所需要调整的 sp 位置来使得进入中断时所作的保存现场的工作可以被重用。这种方法的好处是直接在函数嵌套内部发生任务切换，使得高优先级的任务能够最快的被调度执行。但是这个办法需要和具体的编译器以及编译参数的设置相关，需要较多技巧。
　另一种是设置需要切换标志位的方法，在 OSIntCtxSw 里面不发生切换，而是设置一个需要切换的标志， 等函数嵌套从进入 OSIntExit => OS_ENTER_CRITICAL() =>