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uCOS II在ARM处理器上移植过程中的中断处理及三个要点资料下载
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2021-04-10
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一、uCOS II在ARM处理器上移植过程中的中断处理
uCOS II是一个源码公开、可移植、可固化、可剪裁和抢占式的实时多任务操作系统，其大部分源码是用ANSI C编写，与处理器硬件相关的部分使用汇编语言编写。总量约200行的汇编语言部分被压缩到最低限度，以便于移植到任何一种其它的CPU上。
uCOS II最多可支持56个任务，其内核为占先式，总是执行就绪态的优先级最高的任务，并支持Semaphore （信号量）、Mailbox （邮箱）、MessageQueue（消息队列）等多种常用的进程间通信机制。与大多商用RTOS不同的是，uCOS II公开所有的源代码。并可以免费获得，只对商业应用收取少量License费用。
uCOS II移植跟OS_CUP_C.C、OS_CPU_A.S、OS_CPU.H 3个文件有关，中断处理的移植占据了很大一部分内容。作为移植的一个重点，本文以标准中断（IRQ）为例讨论了移植中的中断处理。
1、uCOS II系统结构
uCOS II的软硬件体系结构如图1。应用程序处于整个系统的顶层。每个任务都可以认为自己独占了CPU，因而可以设计成为一个无限循环。大部分代码是使用ANSI C语言书写的，因此uCOS II的可移植性较好。尽管如此，仍然需要使用C和汇编语言写一些处理器相关的代码。uCOS II的移植需要满足以下要求：
1）处理器的C编译器可以产生可重入代码：可以使用C调用进入和退出Critical Code（临界区代码）；
2）处理器必须支持硬件中断，并且需要一个定时中断源；
3）处理器需能容纳一定数据的硬件堆栈；
4）处理器需有能在CPU寄存器与内存和堆栈交换数据的指令。
移植uCOS II的主要工作就是处理器和编译器相关代码以及BSP（Board Support Package）的编写。uCOS II处理器无关的代码提供uCOS II的系统服务，应用程序可以使用这些API函数进行内存管理、任务间通信以及创建、删除任务等。
2、uCOS II移植过程中需要注意的几个问题
uCOS II移植的中断处理跟ARM体系结构和uCOS II处理中断的过程有关，必须注意这2个方面的问题才能高效移植。
2.1 ARM 处理器7种操作模式
用户模式（USER MODE）是ARM 通常执行状态，用于执行大多数应用程序；快速中断模式（FIQ MODE）支持数据传输或通道处理；中断模式（IRQ MODE）用于通用中断处理；超级用户模式（SVC MODE）是一种操作系统受保护的模式：数据中止模式（ABT MODE）指令预取指中止、数据中止时进入该模式；未定义模式（UND MODE）当执行未定义的指令时进入该模式；系统模式（SYS MODE）是操作系统一种特许的用户模式。
除了用户模式之外，其他模式都归为特权模式，特权模式用于中断服务、异常或者访问受保护的资源。
特权模式中除系统模式之外另5种模式又称为异常模式，在移植过程中必须设置中断向量表来处理异常。uCOS II的移植主要处理标准中断（IRQ）、快速中断（FIQ）和软件中断（SWI）。
2.2 uCOS II中断响应的过程
以IRQ中断为例，假设CRPS中I_bit位为0，当有IRQ中断时，CPU强制进入IRQ模式，当前的CPSR拷贝到SPSR_irq中，PC值保存在LR_irq中，置CPSR中的I位以关闭IRQ中断。数据保存之后，CPU强行从0X00000018开始执行，PC值保存了OS_CPU_IRQ_ISR（）的地址， 然后执行OS_CPU_IRQ_ISR（）。在OS_CPU_IRQ_ISR（）中OS_CPU_IRQ_ISR_Handler（）被调用来检测中断源并执行中断。OS_CPU_IRQ_ISR_Handler（）返回以后，OS_CPU_IRQ_ISR（）又调用OSIntExit（）来确认是否有比ISR优先级更高的任务要执行。如果当前中断任务仍然是优先级最高的任务，OSIntExit（）返回，OS_CPU_IRQ_ISR（）弹出中断堆栈，如果优先级更高的任务需要执行，OSIntExit（）调用OSIntCtxSw（）执行优先级更高的任务。
2.3 uCOS II的临界段代码
uCOS II使用关中断来保护临界代码。它定义了2个宏来开中断（OS_EXIT_CRITICAL（）），关中断（OS_ENTER_CRITICAL（））。OS_ENTER_CRITICAL（）和OS_EXIT_CRITICAL（）有3种方法来实现，uCOS II建议使用第3种方法可以保存当前处理器状态的值。
3、uCOS II移植过程中的中断处理
uCOS II中断处理跟CRT.S、OS_CPU_A.S和BSP.C有关，其移植过程主要有以下几个步骤。
3.1 在CRT.S中设置中断向量表
ARM的中断向量表位于ROM 的最底部，其地址范围为0X00000000～0X0000001C，设置如下：
VECTORS:LDR PC，RESET_ADDR
LDR PC，UNDEF_ADDR
LDR PC，SWI_ADDR
LDR PC，PABT_ADDR
LDR PC，DABT_ADDR
NOP /*保留向量*/
LDR PC，IRQ_ADDR
LDR PC，FIQ_ADDR
RESET_ADDR：。 WORD RESET_HANDLER
UNDEF_ADDR：.WORD UNDEF—HANDLER
SWI_ADDR：.WORD SWI HANDLER
PABT_ADDR：.WORD PABT_HANDLER
DABT_ADDR：.WORD DABT_ HANDLER
.WORD 0 /*保留地址*/
IRQ_ADDR：.WORD IRQ_HANDLER
FIQ_ADDR：.WORD FIQ HANDLER
UNDEF_HANDLER:B UNDEF_HANDLER
SWI_HANDLER： B SWI_HANDLER
PABT_HANDLER： B PABT_HANDLER
DABT_HANDLER： B DABT_HANDLER
IRQ_HANDLER： B OS_CPU_IRQ_ISR
/*跳转到OS_CPU_IRQ_ISR（在OS_CPU_A.S中）*/
FIQ_HANDLER： B OS_CPU_FIQ_ISR
/*跳转到OS_CPU_FIQ_ISR（在OS_CPU_A.S中） */
这里设置了标准中断异常（IRQ）和快速中断异常（FIQ）的中断入口，其余异常都设置为死循环，当发生这些异常的时候，必须使系统复位才能退出死循环。
3.2 移植中断任务切换
中断任务切换（OSIntCtxSw）和任务切换函数（OSCtxSw）比较相似，主要有以下几步组成：
1）调用OSTask SwHook（）
2）OSPrioCur=OSPrioHighRdy
3）OSTCBCur=OSTCBHighRdy
4）SP=OSTCBHighRdy-》OSTCBStkPtr
//获取高优先级的任务堆栈指针
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