Cortex-M3(5) 移植uCOSII相关的汇编代码分析

参考：https://blog.csdn.net/qq504196282/article/details/52997251?locationNum=13&fps=1

 

文件os_cpu_a.asm跟处理器的汇编级编程密切相关，该文件时移植的重点文件

一变量引用

       IMPORT  OSRunning            

       IMPORT  OSPrioCur

       IMPORT  OSPrioHighRdy

       IMPORT  OSTCBCur

       IMPORT  OSTCBHighRdy

       IMPORT  OSIntNesting

       IMPORT  OSIntExit

       IMPORT  OSTaskSwHook

          

       EXPORT  OSStartHighRdy              

       EXPORT  OSCtxSw

       EXPORT  OSIntCtxSw

        EXPORT  OS_CPU_SR_Save                                      ;

        EXPORT OS_CPU_SR_Restore   

/*****************PendV_Handler修改过***********************/  

       EXPORT  PendSV_Handler

使用IMPORT定义的表示这个是外部标号，不是在本文件中定义的，EXPORT表示这些标号是在本文件中定义，可供外部其他文件调用

EXPORT关键字跟编译器有关，能被keil识别，不能被IAR识别

二 常量定义

/*********中断控制及状态寄存器ICSR的地址*******************/

NVIC_INT_CTRL       EQU     0xE000ED04 

/************系统优先级寄存器地址***************************/

NVIC_SYSPRI2         EQU     0xE000ED20 

/************PendSV中断和系统节拍中断**********************/

NVIC_PENDSV_PRI    EQU     0xFFFF0000 

/************触发软件中断的值*******************************/                                        

NVIC_PENDSVSET    EQU     0x10000000 

EQU指令类似于c语言的#define，

这里涉及到中断控制及状态寄存器NVIC_INT_CTRL,系统异常优先级寄存器NVIC_SYSPR12，以及PendSv中断。

补充产生中断后，MCU的具体行为：

当CM3开始响应一个中断时，会在它看不见的体内奔涌起三股暗流：

 入栈： 把8个寄存器的值压入栈

取向量：从向量表中找出对应的服务程序入口地址

 选择堆栈指针MSP/PSP，更新堆栈指针SP，更新连接寄存器LR，更新程序计数器PC

入栈

响应异常的第一个行动，就是自动保存现场的必要部分：依次把xPSR, PC, LR, R12以及

R3‐R0由硬件自动压入适当的堆栈中：如果当响应异常时，当前的代码正在使用PSP，则压入

PSP，即使用线程堆栈；否则压入MSP，使用主堆栈。一旦进入了服务例程，就将一直使用

主堆栈。

假设入栈开始时，SP的值为N，则在入栈后，堆栈内部的变化如表9.1表示。又因为AHB

接口上的流水线操作本质，地址和数据都在经过一个流水线周期之后才进入。另外，这种入

栈在机器的内部，并不是严格按堆栈操作的顺序的——但是机器会保证：正确的寄存器将被

保存到正确的位置，如图9.1和表9.1的第3列所示。

取向量

当数据总线（系统总线）正在为入栈操作而忙得团团转时，指令总线（I‐Code总线）可

不是凉快地坐着看热闹——它正在为响应中断紧张有序地执行另一项重要的任务：从向量表

中找出正确的异常向量，然后在服务程序的入口处预取指。由此可以看到各自都有专用总线

的好处：入栈与取指这两个工作能同时进行。

更新寄存器

在入栈和取向量的工作都完毕之后，执行服务例程之前，还要更新一系列的寄存器：

�� SP：在入栈中会把堆栈指针（PSP或MSP）更新到新的位置。在执行服务例程后，

将由MSP负责对堆栈的访问。

�� PSR：IPSR位段（地处PSR的最低部分）会被更新为新响应的异常编号。

�� PC：在向量取出完毕后，PC将指向服务例程的入口地址，

�� LR：LR的用法将被重新解释，其值也被更新成一种特殊的值，称为“EXC_RETURN”，

并且在异常返回时使用。EXC_RETURN的二进制值除了最低4位外全为1，而其最低4

位则有另外的含义（后面讲到，见表9.3和表9.4）。

以上是在响应异常时通用寄存器的变化。另一方面，在NVIC中，也伴随着更新了与之相

关的若干寄存器。例如，新响应异常的悬起位将被清除，同时其活动位将被置位。

异常返回

当异常服务例程执行完毕后，需要很正式地做一个“异常返回”动作序列，从而恢复先

前的系统状态，才能使被中断的程序得以继续执行。从形式上看，有3种途径可以触发异常

返回序列，如表9.2所示；不管使用哪一种，都需要用到先前储的LR的值。

有些处理器使用特殊的返回指令来标示中断返回，例如8051就使用reti。但是在CM3中，

是通过把EXC_RETURN往PC里写来识别返回动作的。因此，可以使用上述的常规返回指令，

从而为使用C语言编写服务例程扫清了最后的障碍（无需特殊的编译器命令，如__interrupt）。

在启动了中断返回序列后，下述的处理就将进行：

1. 出栈：先前压入栈中的寄存器在这里恢复。内部的出栈顺序与入栈时的相对应，堆栈指

针的值也改回去。

2. 更新NVIC寄存器：伴随着异常的返回，它的活动位也被硬件清除。对于外部中断，倘若

中断输入再次被置为有效，悬起位也将再次置位，新一次的中断响应序列也可随之再次开始。

具体分析ucosii为什么涉及到PendSV中断

现在的cpu都是按照程序指针pc的指向来运行程序的，当ucos进行任务切换时候，如果一个高优先级任务就绪，在进行任务调度切换时，将打断正在运行的低优先级任务，为了保证高优先级任务运行完成后，能够回到低优先级任务被打断处继续运行，需要将断点处的程序指针压入堆栈，当高优先级任务结束后，再从堆栈中将断点程序指针放回程序指针PC中，即可实现任务切换无缝衔接。可现在大部分cpu 对pc寄存器压堆栈，弹堆栈的指令，因此当ucosii进行任务切换时，要考虑迂回操作，实现对pc寄存器的改写。还好目前cpu有中断处理机制，能实现对pc寄存器的改写，当cpu响应到一个中断时，系统会自动将断点指针压入堆栈，而中断返回指令，自动将堆栈中的断点指针弹回到pc寄存器，恢复中断的程序，实现对断点的保护与恢复。

Ucosii使用了这个机制，当需要进行任务切换的时候，通过软指令，触发一次中断，间接的保存和恢复了pc寄存器，当然stm32在响应中断时也会保存与恢复除了pc以往的其他寄存器，但不是全部。Ucosii触发的这个中断即是PendSV中断，任务切换时，只需要通过软指令触发PendSV中断，在PendSV中断服务程序中，保护被中断的任务现场，恢复将要运行的任务现场，同时cpu在响应中断过程中自动改写pc指针，即通过人为触发中断，欺骗cpu改写pc寄存器，完美实现任务切换。

NVIC_INT_CTRL:

       地址为0xE000ED04,改寄存器可设置一个挂起的NMI，设置或清除一个挂起PendSV,设置或清除一个挂起systick,查找挂起异常等功能。对于ucos移植，相关的为该寄存器的bit28,即PENDSVSET,当设置为1，则挂起PendSV,为0则不挂起。因此当需要通过软指令触发一个PendSV中断时，可将NVIC_PENDSVET写入中断控制状态寄存器NVIC_INT_CTRL

 NVIC_SYSPRI2:

系统异常优先级是用来设置系统异常的优先级的，地址范围是0xE000ED81-0xE000ED23.

系统异常优先级寄存器位分布图

跟移植相关的为PendSV中断的优先级，上面移植代码中设定系统异常优先级寄存器NVIC_SYSPRI2 地址为0xE000ED20,设定掩码NVIC_PENDSV_PRI为0xFFFF0000,将掩码写入地址0xE000ED20,即将systick的优先级与PendSV的优先级均设定为0xFF,即设定优先级最低。

三开关中断

以上两段代码为开关中断的程序段，OS_CPU_SR_Save段为关闭中断，并返回PRIMASK寄存器数值的程序段。OS_CPU_SR_Restore段为将堆栈中保存的中断开关状态回写到PRIMASK寄存器中。

调用此函数之前，必须先定义局部变量cpu_sr，进入中断之前保存CPU状态，退出时恢复状态

四 调度器

OSStartHighRdy程序段被ucos的OSStart调用，实现运行第一个优先级最高的任务，前提是任务已创建。

程序首先设定PendSV优先级，设定PSP堆栈指针，设定系统运行标志OSRunning

然后通过软指令触发PendSV中断，在PendSV中断服务程序中实现任务现场保护与切换，即完成任务调度，开始运行第一个程序。

第一段：设定systick优先级与PendSV优先级设定均为0xFF,即设定优先级最低。

第二段：设定堆栈指针PSP为0，因为此处是系统运行的第一个程序，在PendSV中断服务程序中不需要保持上一个任务的运行环境（没有上一个任务），在这里设定PSP为0，是通知PendSV中断服务程序不需要保存上一个任务的运行环境。在PendSV中断服务程序会判断PSP的值，后面会分析。

第三段：设定系统运行标志OSRunning为运行标志

第四段：通过设定中断控制状态寄存器NVIC_INT_CTRL实现触发PendSV中断，然后在PendSV中断服务程序中实现任务切换。在退出中断服务程序时，系统会自动将第一个任务的指针写入PC寄存器，开始运行第一个任务代码

第五段：中断使能，触发PendSV中断

 

五任务级上下切换

OSCtxSw是任务级的上下文切换程序段，在os_cpu.h中的OS_TASK_SW()宏封装的即是OSCtxSw程序段

OSCtxSw程序段只是简单的通过设定中断控制状态寄存器实现触发PendSV中断，然后返回。OSCtxSw中设定触发PendSv中断时，PendSV中断服务程序不会立即运行，因为在调用OS_TASK_SW（）时，中断为关闭状态，当使能中断后，PendSV中断服务程序才会有机会运行。

  一般是OS_Sched函数调用OS_TASK_SW()宏

六中断级上下切换

OSIntCtxSw是中断级的上下文切换程序段，当一个中断服务程序结束后，OSIntExit()查看是否还有优先级更高的程序就绪，若有则调用OSIntCtxSw程序段进行任务切换，OSIntCtxSw也只是简单的通过设定中断控制状态寄存器实现触发PendSV中断，然后返回。

 OSIntCtxSw与OSCtxSw程序代码一样，但意义不一样。OSCtxSw是任务级切换（如任务A因为等待某个资源或是做延时切换到任务B）,OSIntCtxSw是中断级切换（中断退出时，由中断状态切换到另一个任务），此时，被中断打断的任务运行环境已经缓存至堆栈中，因此在从中断切换到新的任务时，无需重新将被中断打断的任务的运行环境入堆栈

 七 PendSV中断

 

中断服务程序由汇编语言实现上下任务切换。CM3架构处理器在响应中断时自动将xPSR,PC，LR,R12,R3,R2,R1,R0这8个寄存器压入堆栈，在退出中断时，自动将这8个寄存器弹出堆栈，其余R4-R11寄存器就要程序压入堆栈。因此PendSV中断服务程序需要将R4-R11寄存器压入堆栈以及弹出堆栈

方便理解，看一下PendSV_Handler的伪代码

首先判断PSP堆栈指针是否为NULL，若PSP为0，说明将运行系统第一个任务，无需缓存R4-R11寄存器，否则要缓存R4-R11寄存器（即前一个运行任务的运行环境），前一运行任务的xPSR，PC,LR,R12,R3,R2,R1,R0已结在响应PendSV中断时自动压入堆栈，将前一任务的堆栈指针存入任务控制块中。

然后调用任务切换钩子函数OSTsakSwHook()

再然后设定OSPrioCur为当前就绪任务中优先级最高的任务优先级，设定OSTCBCur指向当前就绪任务中优先级最高的任务的控制块。设定PSP指向当前就绪任务中优先级最高的任务的堆栈

然后从当前就绪任务中优先级最高的任务的堆栈中弹出R4-R11寄存器，即恢复运行缓存。退出中断，处理器自动将xPSR，PC,LR,R12,R3,R2,R1,R0从当前就绪任务中优先级最高的任务堆栈中弹出，即实现任务上下文切换