Question

uC/OS-II的解决方法

Answer 1

对于这样的设计方式，CPU必须能够：
◆ 有相应的CPU寄存器能够模仿SP的一些功能，能使用相应的指令来完成类似SP的一些操作；
◆ 作为SP使用的寄存器在编译过程中最好不被编译器默认使用。在IAR的编译器中，有一个选项可以避免在编译过程中使用到R4、R5。
这两点MSP430都可以做到。
下面对一个正在运行的优先级为6的任务中断后，会发生的几种情况进行分析。
1）在中断的处理过程中没有更高优先级的中断产生，即不会产生中断嵌套。
图3所示为中断发生后对于任务优先级为6的任务堆栈所进行的操作。中断发生后，PC和SR被系统压栈②，对于IAR C编译器来说，会按照复杂度不同的中断服务程序的要求，默认地进行一些寄存器的压栈操作③。因为我们要求的堆栈格式是如图2所示的，我们要把SP调整到SR后面④，然后进行R4~R15的压栈操作，形成我们所要求的堆栈格式⑤。
进行任务堆栈的压栈工作以后，就可以调整SP的指针到系统堆栈了，如图4所示。压栈后的SP指向最后一个压栈内容①。我们把SP的值赋值给优先级6任务的TCB->OSTCBStkPtr，以便进行任务调度的时候出栈使用②。接着，就把SP调整到系统堆栈处③。在中断处理过程中，可能会出现压栈的操作，那么这种情况下SP的指针会随之移动。由于是中断堆栈中，所以不会破坏任务堆栈的格式。
由于没有中断嵌套，在中断处理中没有别的中断发生，那么返回的步骤和上述的进栈操作正好相反。在中断处理完了以后，SP会自动回到图4中③的SP位置。接着，系统会查询到优先级最高的任务，然后把SP的指针移到优先级最高的任务的任务堆栈，进行R15~R4的出栈工作，最后用RETI中断返回指令返回到新的任务。因为我们把所有的任务堆栈都规定成相同的格式，所以它们之间不会产生问题。这里需要注意的是，因为系统在C编译器的中断处理中会对中断进入时默认压栈的寄存器出栈，所以在设计出栈的程序时，要先把这些内容压栈，这样才能正确出栈。
2）在中断的处理过程中，有别的中断产生，产生中断嵌套。
如图5所示，由于在处理中断的时候，SP已经被移到系统堆栈去了，只有当中断退出的时候才可能把SP移到别的任务的任务堆栈中。所以在中断的时候进行中断嵌套，那么对于中断的处理和第一次是一样的，所不同的是，这次保存在堆栈中的不是任务运行中的寄存器，而是中断处理中的寄存器，而且是保存在系统堆栈中而不是任务堆栈中。从这里就可以看出优化内存的效果。所有的中断嵌套中的寄存器压栈都压在系统堆栈中，这样对于任务堆栈内存大小的要求大大降低。
因为μC/OS-II在进入中断中，会把全局变量OSIntNesting++；在退出中断的时候，又会把OSIntNesting--。在退出中断进行任务切换之前，μC/OS-II会先判断OSIntNesting是否为0，是0才会进行任务调度。当第二中断运行结束以后，退出中断嵌套的时候，OSIntNesting不为0，也就不会进行任务调度。因此，仍旧在系统堆栈出栈，那么系统会继续前面没有完成的中断服务程序。
接着退出中断的顺序和非中断嵌套的顺序是一样的。在中断处理完以后，SP会自动回到图4中③的SP位置。接着，系统会查询到优先级最高的任务，然后把SP的指针移到优先级最高的任务的任务堆栈。进行R15~R4的出栈工作，最后用RETI中断返回指令返回到新的任务。
中断的情况基本上就是上述两种。对于有些文献中提到的在中断中会调度到更高优先级的任务的情况，笔者觉得是不应该发生的。因为从上面的分析可以看出，默认的（μC/OS-II的设计思路）中断处理会同时对全局变量OSIntNesting进行增减处理，以给出是否需要任务调度的条件。那么即使在中断服务程序中把更高优先级的任务就绪，也会等到中断退出以后再进行调度，除非是在中断中直接调用更高优先级的任务函数。但这种方法应该是和μC/OS-II的原则相违背的，沿用的是以前前后台设计的思路。
对于这样的设计方式，时钟节拍的处理方式必须和一般的中断处理方式是一样的。一般来说，MSP430使用WATCHDOG时钟中断作为时钟节拍的产生源。从本质上来说，时钟节拍本身也是中断处理过程，所以对于时钟节拍的处理应该和其它的中断处理过程相同。实际上，在时钟节拍的处理过程中也可能会存在中断嵌套的问题。
中断堆栈和任务堆栈分离设计的程序流程如图6所示。