μC/OSII操作系統(tǒng)下的ARM7中斷過程分析及優(yōu)化

時間：2018-09-06 08:10:01

關鍵字： osii 嵌入式處理器操作系統(tǒng) 過程

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引言

　　目前，在嵌入式處理器芯片中，以ARM7為核心的處理器是應用較多的一種。它具有多種工作模式，并且支持兩種不同的指令集（標準32位ARM指令集和16位Thumb指令集）。μC／OSII是專為嵌入式應用設計的搶占式、多任務實時操作系統(tǒng)，可用于各類8位、16位和32位單片機或DSP。μC/OSII向ARM7移植具有得天獨厚的優(yōu)點，所以“μC/OSII+ARM7”成為廣泛應用的一款平臺。

　　不管是哪種型號的ARM處理器，也無論該嵌入式系統(tǒng)中是否有操作系統(tǒng)，在計算機與外界實時交互的過程中，中斷技術都是一項關鍵的技術。當外部事件發(fā)生時，CPU必須及時響應中斷以實現(xiàn)對相應事件的處理，因此能否中斷嵌套是影響嵌入式系統(tǒng)實時性能的主要因素。

　　1 ARM7的中斷處理

　　ARM7處理器的中斷主要有兩種，本文主要討論IRQ中斷異常的響應機制。當中斷請求IRQ到來使CPU進入中斷響應時，CPU將會自動完成下列工作：首先，將PC、CPSR的當前值存入中斷模式的LR、SPSR中；然后，操作CPSR中的運行狀態(tài)位，使CPU進入中斷模式并關閉中斷；最后將PC的值改成0x00000018，從而使CPU的執(zhí)行跳轉(zhuǎn)到IRQ中斷入口0x00000018處。異常向量表中的0x00000018處使用一條“LDR PC,[PC,#?0xff0]”指令，在IRQ處使用的這條指令與其他向量不同。當CPU執(zhí)行這條指令但還沒有跳轉(zhuǎn)時，PC的值為0x00000020（因為ARM7TDMI內(nèi)核是三級流水結構），0x00000020減去0x00000FF0為0xFFFFF030,這是VIC的特殊寄存器VICVectAddr的地址單元。這個寄存器保存當前將要服務的IRQ的中斷服務程序的入口，故讀取VICVectAddr寄存器的值，然后放入PC程序指針，即跳轉(zhuǎn)到相應中斷服務程序，從而使CPU開始執(zhí)行中斷服務程序。

　　2 Handler宏分析

　　“μC/OSII+ARM7”系統(tǒng)中，只使用了ARM7的IRQ中斷。由于不同的ARM芯片的中斷系統(tǒng)并不完全一樣，因此不可能編寫出對所有使用ARM核的處理器通用的中斷及時鐘節(jié)拍移植代碼。但是，為了使用戶用C語言編寫中斷服務程序時不必為處理器的硬件區(qū)別而困擾，這里根據(jù)μC/OSII對中斷服務程序的要求以及ARM7體系結構和ADS編譯器的特點，編寫了一個適用于所有基于ARM7核處理器的匯編宏--Handler。這個宏實現(xiàn)了“μC/OSII+ ARM7”中斷服務程序的匯編語言代碼與C語言函數(shù)代碼之間的通用接口。其作用是對用戶的C語言中斷處理程序進行包裝，只有通過這個包裝之后，系統(tǒng)才能執(zhí)行用戶的中斷處理程序。

　　中斷服務程序流程如圖1所示。在進入Handler宏中，首先保存LR、SPSR以及相關寄存器的值于中斷模式下的堆棧中，以便于斷點恢復。然后使記錄系統(tǒng)中斷次數(shù)的全局變量OSIntNeSTing加1并關中斷切換到系統(tǒng)模式，調(diào)用C語言中斷處理程序。在執(zhí)行完中斷處理程序后，調(diào)用出中斷函數(shù)，以獲取最高優(yōu)先級就緒任務的任務控制塊指針和任務優(yōu)先級。返回中斷模式后，通過比較當前任務與待切換任務的優(yōu)先級，判斷是否進行任務切換，最后返回斷點。

　　IRQ異常處理代碼的匯編部分--Handler宏：

　　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

　　SUB LR, LR, #4;計算返回地址

　　STMFD SP!, {R0?R3, R12, LR};保存任務環(huán)境

　　MRS R3, SPSR;保存狀態(tài)

　　STMFD SP, {R3,SP,LR}^;保存用戶狀態(tài)的R3、SP、LR

　　;OSIntNesting++

　　LDR R2,=OSIntNesting