UCOS-II移植ARM的读书笔记(转)

lo-xiaohua-ve

一：OS_CPU.H
1、定义与编译器无光的数据类型
只是按照不同的编译器编写对应的数据类型的typedef 对应于ARM7的数据类型的编写如下

typedef unsigned char  BOOLEAN;/*           布尔变量*/ typedef unsigned char  INT8U;  /*  无符号8位整型变量*/ typedef signed   char  INT8S;  /*  有符号8位整型变量*/ typedef unsigned short INT16U; /* 无符号16位整型变量*/ typedef signed   short INT16S; /* 有符号16位整型变量*/ typedef unsigned int   INT32U; /* 无符号32位整型变量*/ typedef signed   int   INT32S; /* 有符号32位整型变量*/ typedef float          FP32;   /*单精度浮点数(32Bit)*/ typedef double         FP64;   /*双精度浮点数(64Bit)*/ /*在上面定义的数据类型中按照ARM7的堆栈宽度选择INT32U*/ typedef INT32U         OS_STK; /*     堆栈是32位宽度*/

接下来一部分是为了兼容低版本UCOS的数据类型所编写的代码，在UCOS-II中暂不考虑
2 与处理器相关的代码
先定义中断的实现方式，预先设定的中断方式有三种，在ARM7中设置为方式 2

#define OS_CRITICAL_METHOD 2/*选择开,关中断的方式 */

接下来的一段是我暂时还没有完全搞懂的一部分,只知道是设定了12个软件中断的函数,当调用这
些函数之前都会执行对应中断号的事情。具体的看到后面应该能完全搞懂软件中断的实现方式，
该段代码在后面的文件中会有具体的解释，这里暂时不看
定义堆栈的生长方式，ARM7内核支持两种生长方式，但是ADS的C语言编译器只支持从上往下的生
长方式，因此：
#define OS_STK_GROWTH 1 /* 堆栈是从上往下长的，0－从下往上的生长方式 */
最后几行分别定义了用户模式01和系统模式1f以及IRQ中断禁止的指令80三个立即数，方便调用.
还有两个预定义往后看应该知道作用，暂不考虑，不是很重要.

软中断：
中断不返回形式：
void _swi(swi_num) swi_name(arguments);
返回一个结果到R0中
int _swi(swi_num) swi_name(arguments);
最多可以返回四个结果R0-R3到一个结构struct type{ int a,b,c,d}中
type(返回类型) _value_in_regs(返回多个结果的修饰符) _swi(swi_num) swi_name(arguments);
在ARM中实现软中断的方法我在blog里面搜了很多文章也没有看到讲的通俗一点的，还是自己看
ARM的移植代码吧首先定义了一堆软中断的中断号，其中0和1的中断服务子程序是用汇编编写的，
其他的都是在c语言编写的中断服务子程序SWI_Exception中。

__swi(0x00) void OS_TASK_SW(void); /*  任务级任务切换函数          */ __swi(0x01) void _OSStartHighRdy(void); /*  运行优先级最高的任务        */ __swi(0x02) void OS_ENTER_CRITICAL(void); /*  关中断                      */ __swi(0x03) void OS_EXIT_CRITICAL(void); /*  开中断                      */ __swi(0x40) void *GetOSAddr(int Index); /*  获取系统服务函数入口        */ __swi(0x41) void *GetUsrAddr(int Index); /*  获取自定义服务函数入口      */ __swi(0x42) void OSISRBegin(void); /*  中断开始处理                */ __swi(0x43) int  OSISRNeedSwap(void); /*  判断中断是否需要切换        */ __swi(0x80) void ChangeToSYSMode(void); /*  任务切换到系统模式          */ __swi(0x81) void ChangeToUSRMode(void); /*  任务切换到用户模式          */ __swi(0x82) void TaskIsARM(INT8U prio); /*  任务代码是ARM代码           */ __swi(0x83) void TaskIsTHUMB(INT8U prio); /*  任务代码是THUMB             */

比如在程序运行到调用OS_TASK_SW(void)函数时,就产生软件中断,然后就进入中断服务子程序，
按照什么指令走呢？恩，就按照下面这个代码，这个代码是将软件中断异常处理程序挂接到内核
的作用的，是在启动代码中实现的：

LDR   PC，SWI_Addr    SWI_Addr   DCD     SoftwareInterrupt

因此当产生软中断之后PC就跳到了SoftwareInterrupt,这时就算真正进入了软件异常中断处理部
分了，然后就是执行下面的汇编代码SoftwareInterrupt

LDR     SP, StackSvc /*重新设置堆栈指针*/ STMFD   SP!, {R0-R3, R12, LR} /*保存 R0,R1,R2,R3,R12,LR(R14),注意为什么只保存这几个 寄存器呢，因为R4-R11存储局部变量,编译器自动保护他们*/ MOV     R1, SP           /*   R1指向参数存储位置   */ MRS     R3, SPSR         /*保存管理模式的状态寄存器*/ TST     R3, #T_bit       /*  中断前是否是Thumb状态 */ LDRNEH  R0, [LR,#-2]     /* 若是,取得Thumb状态SWI号*/ BICNE   R0, R0, #0xff00  /*THUMB指令SWI功能号为8位 */ LDREQ   R0, [LR,#-4]     /* 为零即ARM指令取得SWI号 */ BICEQ   R0, R0, #0xFF000000 /*在ARM指令集中SWI功能号为24位所以高8位清零r0=SWI号*/ CMP     R0, #1           /* LDRLO   PC, =OSIntCtxSw  /*        疑惑ing         */ /*     功能号为0到OSIntCtxSw执行中断任务切换函数   */ LDREQ   PC, =__OSStartHighRdy/*SWI为1第一次任务切换*/ BL      SWI_Exception    /*否则进入c编写的中断函数 */ LDMFD   SP!, {R0-R3, R12, PC}/*R0-R3，R12，LR出栈  */ StackSvc  DCD  (SvcStackSpace + SVC_STACK_LEGTH * 4 - 4)

怎么进入c编写的中断服务子程序SWI_Exception呢？通过下面的申明

IMPORT  SWI_Exception               ;软中断异常处理程序 表示将c程序中的该函数挂接到此段汇编代码中,同样的道理 EXPORT  __OSStartHighRdy EXPORT  OSIntCtxSw                  ;中断退出时的入口 参见startup.s中的IRQ_Handler EXPORT  SoftwareInterrupt           ;软中断入口上面的申明是将该段汇编代码挂接到外面， 因此在外部可以直接调用函数名 继续看OS_CPU_A.S的其他部分代码，就是两个软件异常中断处理函数OSIntCtxSw和OSStarHighRdyOSIntCtxSw代码是中断服务子程序使得更高优先级的任务进入就绪状态后，中断返回后需要切换到该任务时调用的，这是被切换的任务的CPU寄存器的值已经在响应中断后存入了堆栈中，因此，这里不需要重复保存了直接切换任务即可，具体过程看代码OSIntCtxSw                                                     ;下面为保存任务环境                                                    ;当响应软件异常中断后进入了系统模式，在上面的代码中我们可以看到，进入系统模式时保存的堆栈结构从顶到底依次是：R0,R1,R2,R3,R12,LR，而在用户模式中任务的堆栈结构应该是：OsEnterSum,CPSR,RO-12,LR,PC，所以在进行软件中断任务切换之前先要保存原来任务的堆栈结构。         LDR     R2, [SP, #20]                       ;获取PC         LDR     R12, [SP, #16]                      ;获取R12         MRS     R0, CPSR        MSR     CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)         MOV     R1, LR         STMFD   SP!, {R1-R2}                        ;保存LR,PC         STMFD   SP!, {R4-R12}                       ;保存R4-R12        MSR     CPSR_c, R0         LDMFD   SP!, {R4-R7}                        ;获取R0-R3         ADD     SP, SP, #8                          ;出栈R12,PC         MSR     CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)         STMFD   SP!, {R4-R7}                        ;保存R0-R3         LDR     R1, =OsEnterSum                     ;获取OsEnterSum         LDR     R2, [R1]         STMFD   SP!, {R2, R3}                       ;保存CPSR,OsEnterSum                                                    ;保存当前任务堆栈指针到当前任务的TCB         LDR     R1, =OSTCBCur         LDR     R1, [R1]         STR     SP, [R1]        BL      OSTaskSwHook                        ;调用钩子函数                                                     ;OSPrioCur <= OSPrioHighRdy         LDR     R4, =OSPrioCur         LDR     R5, =OSPrioHighRdy         LDRB    R6, [R5]         STRB    R6, [R4]                                                     ;OSTCBCur <= OSTCBHighRdy         LDR     R6, =OSTCBHighRdy         LDR     R6, [R6]         LDR     R4, =OSTCBCur         STR     R6, [R4] OSIntCtxSw_1                                                     ;获取新任务堆栈指针         LDR     R4, [R6]         ADD     SP, R4, #68                         ;17寄存器CPSR,OsEnterSum,R0-R12,LR,SP         LDR     LR, [SP, #-8]         MSR     CPSR_c, #(NoInt | SVC32Mode)        ;进入管理模式         MOV     SP, R4                              ;设置堆栈指针        LDMFD   SP!, {R4, R5}                       ;CPSR,OsEnterSum                                                     ;恢复新任务的OsEnterSum         LDR     R3, =OsEnterSum         STR     R4, [R3]         MSR     SPSR_cxsf, R5                       ;恢复CPSR         LDMFD   SP!, {R0-R12, LR, PC }^             ;运行新任务 __OSStartHighRdy         MSR     CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)    ;调整到管理模式                                                 ;告诉uC/OS-II自身已经运行         LDR     R4, =OSRunning         MOV     R5, #1         STRB    R5, [R4]   ;标记多任务运行标记为真        BL      OSTaskSwHook                    ;调用钩子函数，可以运行用户自定义的函数        LDR     R6, =OSTCBHighRdy    ;R6存有最高优先级的就绪任务的控制块地址         LDR     R6, [R6]         B       OSIntCtxSw_1     ;转到前面编写的中断返回函数块的任务跳转部分的代码，因为这两个函数都要用到这部分代码，进入这段代码之前高优先级的就绪任务的任务控制快地址存在R6中。        AREA    SWIStacks, DATA, NOINIT,ALIGN=2 SvcStackSpace      SPACE   SVC_STACK_LEGTH * 4  ;管理模式堆栈空间 OSIntCtxSw_1的代码：OSIntCtxSw_1                                                     ;获取新任务堆栈指针         LDR     R4, [R6] ;任务控制块的堆栈指针放在R6中，现在放在R4中         ADD     SP, R4, #68                         ;17寄存器CPSR,OsEnterSum,R0-R12,LR,SP         LDR     LR, [SP, #-8]         MSR     CPSR_c, #(NoInt | SVC32Mode)        ;进入管理模式         MOV     SP, R4                              ;设置堆栈指针，R4存有没有改动过的堆栈指针        LDMFD   SP!, {R4, R5}                       ;CPSR,OsEnterSum                                                     ;恢复新任务的OsEnterSum         LDR     R3, =OsEnterSum         STR     R4, [R3]         MSR     SPSR_cxsf, R5                       ;恢复CPSR         LDMFD   SP!, {R0-R12, LR, PC }^             ;运行新任务，恢复现场，异常处理返回；中断返回指令的寄存器列表其中必须包括PC后的^符号，表示这是一条特殊形式的指令。这条指令在从存储器中装载PC的同时，CPSR也得到恢复。这里使用的堆栈指针SP是属于异常模式的寄存器，每个异常模式有自己的堆栈指针。SoftwareInterrupt         LDR     SP, StackSvc            ; 重新设置堆栈指针         STMFD   SP!, {R0-R3, R12, LR}     ;保存寄存器         MOV     R1, SP                  ; R1指向参数存储位置        MRS     R3, SPSR         TST     R3, #T_bit              ; 中断前是否是Thumb状态         LDRNEH  R0, [LR,#-2]            ; 是: 取得Thumb状态SWI号         BICNE   R0, R0, #0xff00         LDREQ   R0, [LR,#-4]            ; 否: 取得arm状态SWI号         BICEQ   R0, R0, #0xFF000000                                         ; r0 = SWI号，R1指向参数存储位置         CMP     R0, #1         LDRLO   PC, =OSIntCtxSw         LDREQ   PC, =__OSStartHighRdy   ; SWI 0x01为第一次任务切换        BL      SWI_Exception         LDMFD   SP!, {R0-R3, R12, PC}^ StackSvc           DCD     (SvcStackSpace + SVC_STACK_LEGTH * 4 - 4)OSIntCtxSw                                                     ;下面为保存任务环境         LDR     R2, [SP, #20]                       ;获取PC（LR）         LDR     R12, [SP, #16]                      ;获取R12         MRS     R0, CPSR        MSR     CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)         MOV     R1, LR         STMFD   SP!, {R1-R2}                        ;保存LR,PC         STMFD   SP!, {R4-R12}                       ;保存R4-R12        MSR     CPSR_c, R0         LDMFD   SP!, {R4-R7}                        ;获取R0-R3         ADD     SP, SP, #8                          ;出栈R12,PC         MSR     CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)         STMFD   SP!, {R4-R7}                        ;保存R0-R3         LDR     R1, =OsEnterSum                     ;获取OsEnterSum         LDR     R2, [R1]         STMFD   SP!, {R2, R3}                       ;保存CPSR,OsEnterSum                                                    ;保存当前任务堆栈指针到当前任务的TCB         LDR     R1, =OSTCBCur         LDR     R1, [R1]         STR     SP, [R1]        BL      OSTaskSwHook                        ;调用钩子函数                                                     ;OSPrioCur <= OSPrioHighRdy         LDR     R4, =OSPrioCur         LDR     R5, =OSPrioHighRdy         LDRB    R6, [R5]         STRB    R6, [R4]             ;把OSPrioHighRdy最高优先级的就绪任务传给OSPrioCur                                                     ;OSTCBCur <= OSTCBHighRdy         LDR     R6, =OSTCBHighRdy         LDR     R6, [R6]         LDR     R4, =OSTCBCur         STR     R6, [R4]         ;将最高优先级的任务控制块指针传给当前任务控制块指针 关于中断和时钟节拍，UCOS-II对于ARM7通用的中断服务程序的汇编与c函数接口如下：MACRO和MEND伪指令用于宏定义，MACRO标识宏定义的开始，MEND标识宏定义的结束。定义之后在程序中就可以通过宏指令多次调用该段代码MACRO $IRQ_Label HANDLER $IRQ_Exception_        EXPORT  $IRQ_Label                      ; 输出的标号         IMPORT  $IRQ_Exception_         ; 引用的外部标号$IRQ_Label         SUB     LR, LR, #4                      ; 计算返回地址         STMFD   SP!, {R0-R3, R12, LR}           ; 保存任务环境         MRS     R3, SPSR                        ; 保存状态         STMFD   SP, {R3, SP, LR}^               ; 保存用户状态的R3,SP,LR,注意不能回写                                                 ; 如果回写的是用户的SP，所以后面要调整SP         LDR     R2,  =OSIntNesting              ; OSIntNesting++         LDRB    R1, [R2]         ADD     R1, R1, #1         STRB    R1, [R2]        SUB     SP, SP, #4*3         MSR     CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)    ; 切换到系统模式         CMP     R1, #1         LDREQ   SP, =StackUsr         BL      $IRQ_Exception_         ; 调用c语言的中断处理程序        MSR     CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)    ; 切换到系统模式         LDR     R2, =OsEnterSum                 ; OsEnterSum,使OSIntExit退出时中断关闭         MOV     R1, #1         STR     R1, [R2]        BL      OSIntExit        LDR     R2, =OsEnterSum                 ; 因为中断服务程序要退出，所以OsEnterSum=0         MOV     R1, #0         STR     R1, [R2]        MSR     CPSR_c, #(NoInt | IRQ32Mode)    ; 切换回irq模式         LDMFD   SP, {R3, SP, LR}^               ; 恢复用户状态的R3,SP,LR,注意不能回写                                                 ; 如果回写的是用户的SP，所以后面要调整SP         LDR     R0, =OSTCBHighRdy         LDR     R0, [R0]         LDR     R1, =OSTCBCur         LDR     R1, [R1]         CMP     R0, R1        ADD     SP, SP, #4*3                    ;         MSR     SPSR_cxsf, R3         LDMEQFD SP!, {R0-R3, R12, PC}^          ; 不进行任务切换         LDR     PC, =OSIntCtxSw                 ; 进行任务切换     MEND二：OS_CPU_C.C    个文件中要求用户编写10个简单的C函数，但是只有1个函数是必要的，其余的函数必须声明，但不一定要包含任何代码，大致看了一下作用好像是用来调试之类的。唯一要编写的是OSTaskStkInit（）    OSTaskStkInit（）函数的功能是初始化任务的栈结构，任务的堆栈结构与CPU的体系结构、编译器有密切的关联。从ARM的结构可以写出如下的栈结构：程序计数器PC，程序链接器LR，R12－R1，R0用于传递第一个参数pdata，CPSR/SPSR，关中断计数器（用于计算关中断的次数，这样就实现了中断的嵌套），返回的地址指针是指向的最后一个存入的数据，而不是一个空地址。软件中断异常SWI服务程序C语言部分    void SWI_Exception(int SWI_Num, int *Regs)：参数SWI_Num对应前面文件中定义的功能号，其中0、1号的功能在后面的文件中定义，这里只定义了其他10个功能。    2、3分别对应关中断和开中断    关中断：MRS     R0, SPSR         //在软件中断的时候直接对程序状态保存寄存器SPSR操作也就是对CPSR的操作                    ORR     R0, R0, #NoInt    //在汇编语言中对寄存器的对应位置位用ORR，清零用BIC                    MSR     SPSR_c, R0        //SPSR_c表示的是只改变SPSR的控制段的8位代码，其他三段_f，_s，_x中标志位在_f段，其他为保留位    开中断：MRS     R0, SPSR       //在开中断中基本与上面相同，只是ORR改成BIC清零                    BIC     R0, R0, #NoInt                    MSR     SPSR_c, R    由于需要实现中断嵌套，所以只有当关中断的计数器减为0的时候才能够开中断，而且每次关中断的时候该计数器都应该加1。另外，插入汇编语言时用_asm指令。    80、81、82、83分别对应系统模式、用户模式、ARM指令集、THUMB指令集    系统模式：MRS     R0, SPSR                         BIC     R0, R0, #0x1f     //先将控制模式的低5位清零                         ORR     R0, R0, #SYS32Mode       //设置成系统模式的1F                         MSR     SPSR_c, R0    用户模式：MRS     R0, SPSR                         BIC     R0, R0, #0x1f                         ORR     R0, R0, #USR32Mode     //设置成用户模式的10                         MSR     SPSR_c, R0    ARM指令集与THUMB指令集的代码如下：    ptcb = OSTCBPrioTbl[Regs[0]];                 if (ptcb != NULL)                 {                     ptcb -> OSTCBStkPtr[1] &= ~(1 << 5);                 }    ptcb = OSTCBPrioTbl[Regs[0]];                 if (ptcb != NULL)                 {                     ptcb -> OSTCBStkPtr[1] |= (1 << 5);                 }    昨天就是看到这里，出现了一个意识到是不能忽悠的地方就是UCOS里面的任务控制块OS_TCB的概念，因此今天的任务就是把这部分看看。。。    大概回忆了一下昨天晚上的工作，开始今天的工作吧 一点一点来，什么不会就学什么，都不会就都学。。。没有问题只要你肯努力。。。。。。__OSStartHighRdy         MSR     CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)  ;MSR：在ARM中只有MSR能够直接设置状态寄存器CPSR或SPSR，可以是立即数或者源寄存器，NoInt是禁止中断，SYS32Mode是系统模式                                                 ;告诉uC/OS-II自身已经运行         LDR     R4, =OSRunning  ;OSRunning正在运行多任务的标志，＝OSRunning是把OSRunning的地址加载到R4，R4里存的是一个地址。。。         MOV     R5, #1         STRB    R5, [R4]   ;将R5存储到R4存的地址的变量即OSRunning中，也就是将OSRunning置1        BL      OSTaskSwHook                    ;调用钩子函数，OSTaskSwHook 是用于扩展的，在任务切换的时候执行用户自己定义的功能。        LDR     R6, =OSTCBHighRdy    ;OSTCBHighRdy指向最高优先级任务的控制块TCB的指针！！！将放指针的地址放到R6中。         LDR     R6, [R6]  ;将R6地址处的数据读出即OSTCBHighRdy的地址放到R6中         B       OSIntCtxSw_1   ;跳转到OSIntCtxSw_1         AREA    SWIStacks, DATA, NOINIT,ALIGN=2 SvcStackSpace      SPACE   SVC_STACK_LEGTH * 4  ;管理模式堆栈空间继续昨天没有看完的代码OSIntCtxSw                                                     ;下面为保存任务环境         LDR     R2, [SP, #20]                       ;获取PC，放入R2         LDR     R12, [SP, #16]                      ;获取R12，//R12存的什么东西啊？？？         MRS     R0, CPSR        MSR     CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)   ;进入系统模式并禁止中断         MOV     R1, LR    ;R1放LR值         STMFD   SP!, {R1-R2}                        ;保存LR,PC，将R1，R2存入SP         STMFD   SP!, {R4-R12}                       ;保存R4-R12，将R4-12存入SP        MSR     CPSR_c, R0   ;再回到之前的模式         LDMFD   SP!, {R4-R7}                        ;获取R0-R3         ADD     SP, SP, #8                          ;出栈R12,PC         MSR     CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)         STMFD   SP!, {R4-R7}                        ;保存R0-R3         LDR     R1, =OsEnterSum                     ;获取OsEnterSum         LDR     R2, [R1]         STMFD   SP!, {R2, R3}                       ;保存CPSR,OsEnterSum                                                    ;保存当前任务堆栈指针到当前任务的TCB         LDR     R1, =OSTCBCur         LDR     R1, [R1]         STR     SP, [R1]        BL      OSTaskSwHook                        ;调用钩子函数                                                     ;OSPrioCur <= OSPrioHighRdy         LDR     R4, =OSPrioCur         LDR     R5, =OSPrioHighRdy         LDRB    R6, [R5]         STRB    R6, [R4]                                                     ;OSTCBCur <= OSTCBHighRdy         LDR     R6, =OSTCBHighRdy         LDR     R6, [R6]         LDR     R4, =OSTCBCur         STR     R6, [R4] OSIntCtxSw_1                                                     ;获取新任务堆栈指针         LDR     R4, [R6]      ;把OSTCBHighRdy指向最高优先级任务的控制块TCB的指针给R4         ADD     SP, R4, #68                         ;17寄存器：CPSR,OsEnterSum,R0-R12,LR,SP         LDR     LR, [SP, #-8]   ;取出LR放到LR         MSR     CPSR_c, #(NoInt | SVC32Mode)        ;进入管理模式并且保持禁止中断         MOV     SP, R4                              ;设置堆栈指针        LDMFD   SP!, {R4, R5}                       ;CPSR,OsEnterSum。LDMFD数据出栈，放入R4，R5                                                     ;恢复新任务的OsEnterSum         LDR     R3, =OsEnterSum   ;OsEnterSum的地址存入R3         STR     R4, [R3]   ;把R4的值赋给OsEnterSum         MSR     SPSR_cxsf, R5                       ;恢复CPSR；在管理模式里是修改SPSR         LDMFD   SP!, {R0-R12, LR, PC }^             ;运行新任务  ，恢复现场，异常处理返回