uC/OS-II的存在问题
由于μC/OS-II在应用的时候会占用单片机上的一些资源,如系统时钟、RAM、Flash或者ROM,从而减少了用户程序对资源的利用。对于MSP430来说,RAM的占用是特别突出的问题。对于8、16位的单片机来说,片内的RAM容量都很小,MSP430也是如此(最大的片内RAM也只有2KB,例如MSP430F149)。如果使用扩展内存,会大大增加设计难度。
通过对μC/OS-II的分析可以得知,μC/OS-II占用的RAM主要是用在每个任务的TCB、每个任务的堆栈等方面。通过进一步分析,发现任务堆栈大的原因是因为MSP430的硬件设计中没有把中断堆栈和任务堆栈分开。这样就造成了在应用μC/OS-II的时候,考虑每个任务的任务堆栈大小时,不单单需要计算任务中局部变量和函数嵌套层数,还需要考虑中断的最大嵌套层数。因为,对于μC/OS-II原始的中断处理的设计、中断处理过程中的中断嵌套中所需要压栈的寄存器大小和局部变量的内存大小,都需要算在每个任务的任务堆栈中,则对于每一个任务都需要预留这一部分内存,所以大量的RAM被浪费。从这里可以看出,解决这一问题的直接方法就是把中断堆栈和每个任务自己的堆栈分开。这样,在计算每个任务堆栈的时候,就不需要把中断处理中(包括中断嵌套过程中)的内存的占用计算到每个任务的任务堆栈中,只需要计算每个任务本身需要的内存大小,从而提高了RAM的利用率,可以缓解内存紧张的问题。
在这种设计方案中,中断堆栈区也就是利用原有的MSP430中的系统堆栈区。在前后台的设计形式中,中断中的压栈和出栈的操作都是在系统的堆栈区完成的。基于μC/OS-II的任务切换的原理,我们对于任务堆栈的功能和系统堆栈的功能做了以下划分:任务在运行过程中产生中断和任务切换的时候,PC和SR以及寄存器Rx都保存在各个任务自己的任务堆栈中;而中断嵌套产生的压栈和出栈的操作都是放在系统堆栈中进行的。这种划分方式是基于尽量将中断任务与普通任务分开的思想设计的。
从前面对于IAR EW的默认操作分析来看,堆栈的结构可以有两种。一种是把μC/OS-II的任务堆栈设计成图1所示的形式。这种方法是把编译器默认的压栈操作放在前面,然后再把剩下的寄存器进栈。但是,由于编译器在处理复杂程度不同的中断服务程序的时候,压入栈的寄存器的数量不定,所以会对以后其余寄存器的压栈和出栈操作增加复杂度。这里,我们采用了图2所示的方式生成堆栈。在这种堆栈中,PC和SR压栈后,通过调整SP指针,使得R4~R15寄存器覆盖编译器默认压栈的寄存器。这样,处理的难度会小一点。