進入OS前的兩步之PendSV(任務切換)

先了解下如何使用PendSV異常。(為何要使用PendSV而不是其他的異常，請參考《cortex-M3權威指南》)

1，如何設定PendSV優先級？

NVIC_SYSPRI14 EQU 0xE000ED22

NVIC_PENDSV_PRI EQU 0xFF

    LDR R0, =NVIC_SYSPRI14 LDR R1, =NVIC_PENDSV_PRI

    STRB R1, [R0]

2，如何觸發PendSV異常？

往ICSR第28位寫1，即可將PendSV異常掛起。若是當前沒有高優先級中斷產生，那么程序將會進入PendSV handler

NVIC_INT_CTRL EQU 0xE000ED04

NVIC_PENDSVSET EQU 0x10000000

 

LDR R0, =NVIC_INT_CTRL

LDR R1, =NVIC_PENDSVSET

STR R1, [R0]

 

3，編寫PendSV異常handler

這里用PendSV_Handler來觸發LED點亮，以此證明PendSV異常觸發的設置是正確的。

#include "stm32f10x_conf.h" #define LED0 *((volatile unsigned long *)(0x422101a0)) //PA8 unsigned char flag=0; void LEDInit(void) { RCC->APB2ENR|=1<<2; GPIOA->CRH&=0XFFFFFFF0; GPIOA->CRH|=0X00000003; GPIOA->ODR|=1<<8; } __asm void SetPendSVPro(void) { NVIC_SYSPRI14 EQU 0xE000ED22 NVIC_PENDSV_PRI EQU 0xFF LDR R1, =NVIC_PENDSV_PRI LDR R0, =NVIC_SYSPRI14 STRB R1, [R0] BX LR } __asm void TriggerPendSV(void) { NVIC_INT_CTRL EQU 0xE000ED04 NVIC_PENDSVSET EQU 0x10000000 LDR R0, =NVIC_INT_CTRL LDR R1, =NVIC_PENDSVSET STR R1, [R0] BX LR } int main(void) { SetPendSVPro(); LEDInit(); TriggerPendSV(); while(1); } void PendSV_Handler(void) { LED0=0; }  

 

上述代碼可以正常點亮LED，說明PendSV異常是正常觸發了。

OK，是時候挑戰任務切換了。

 

如何實現任務切換？三個步驟：

步驟一：在進入中斷前先設置PSP。

curr_task = 0;

設置任務0為當前任務

__set_PSP((PSP_array[curr_task] + 16*4));

設置PSP指向task0堆棧的棧頂位置

__set_CONTROL(0x3);

設置為用戶級，並使用PSP堆棧。

__ISB();

指令同步隔離，暫不知道干啥用

 

步驟二：將當前寄存器的內容保存到當前任務堆棧中。進入ISR時，cortex-m3會自動保存八個寄存器到PSP中，剩下的幾個需要我們手動保存。

步驟三：在Handler中將下一個任務的堆棧中的內容加載到寄存器中，並將PSP指向下一個任務的堆棧。這樣就完成了任務切換。

要在PendSV 的ISR中完成這兩個步驟，我們先需了解下在進入PendSV ISR時，cortex-M3做了什么？

1，入棧。會有8個寄存器自動入棧。入棧內容及順序如下：

在步驟一中，我們已經設置了PSP，那這8個寄存器就會自動入棧到PSP所指地址處。

2，取向量。找到PendSV ISR的入口地址，這樣就能跳到ISR了。,

3，更新寄存器內容。

做完這三步后，程序就進入ISR了。

進入ISR前，我們已經完成了步驟一，cortex-M3已經幫我們完成了步驟二的一部分，剩下的需要我們手動完成。

在ISR中添加代碼如下：

MRS R0, PSP

保存PSP到R0。為什么是PSP而不是MSP。因為在OS啟動的時候，我們已經把SP設置為PSP了。這樣使得用戶程序使用任務堆棧，OS使用主堆棧，不會互相干擾。不會因為用戶程序導致OS崩潰。          

STMDB R0!,{R4-R11}    

保存R4-R11到PSP中。C語言表達是*(--R0)={R4-R11}，R0中值先自減1，然后將R4-R11的值保存到該值所指向的地址中，即PSP中。

    STMDB Rd!，{寄存器列表} 連續存儲多個字到Rd中的地址值所指地址處。每次存儲前，Rd先自減一次。

 若是ISR是從從task0進來，那么此時task0的堆棧中已經保存了該任務的寄存器參數。保存完成后，當前任務堆棧中的內容如下(假設是task0)

左邊表格是預期值，右邊是keil調試的實際值。可以看出，是一致的。在任務初始化時(步驟一)，我們將PSP指向任務0的棧頂0x20000080。在進入PendSV之前，cortex-M3自動入棧八個值，此時PSP指向了0x20000060。然后我們再保存R4-R11到0x20000040~0x2000005C。

這樣很容易看明白，如果需要下次再切換到task0，只需恢復R4~R11，再將PSP指向0x20000060即可。

 

所以切換到另一個任務的代碼：

LDR R1,=__cpp(&curr_task)

LDR R3,=__cpp(&PSP_array)

LDR R4,=__cpp(&next_task)

LDR R4,[R4]

獲取下一個任務的編號

STR R4,[R1]

Curr_task=next_task

LDR R0,[R3, R4, LSL #2]

獲得任務堆棧地址，若是task0，那么R0=0x20000040( R0=R3+R4*4)

LDMIA R0!,{R4-R11}

恢復堆棧中的值到R4~R11。R4=*(R0++)。執行完后，R0中值變為0x20000060

LDMIA Rd! {寄存器列表} 先將Rd中值所指地址處的值送出寄存器中，Rd再自增1.

MSR PSP, R0

PSP=R0。

BX LR

中斷返回

 

完整代碼如下：

#include "stm32f10x.h"
#include "stm32f10x_usart.h"
#include "stm32f10x_gpio.h"
#include "stm32f10x_rcc.h"
#include "stdio.h"
#include "misc.h"

#define HW32_REG(ADDRESS)  (*((volatile unsigned long  *)(ADDRESS)))
#define LED0 *((volatile unsigned long *)(0x422101a0)) //PA8
void USART1_Init(void);
void task0(void) ; 
unsigned char flag=1;

uint32_t  curr_task=0;     // 當前執行任務
uint32_t  next_task=1;     // 下一個任務
uint32_t task0_stack[17];
uint32_t task1_stack[17];
uint32_t  PSP_array[4];

u8 task0_handle=1;
u8 task1_handle=1;

void task0(void) 
{ 
    while(1)
    {
        if(task0_handle==1)
        {
            printf("task0\n");
            task0_handle=0;
            task1_handle=1;
        }
    }
}

void task1(void)
{
    while(1)
    {
        if(task1_handle==1)
        {
            printf("task1\n");
            task1_handle=0;
            task0_handle=1;
        }
    }
}


void LEDInit(void)
{
    RCC->APB2ENR|=1<<2; 
    GPIOA->CRH&=0XFFFFFFF0;
    GPIOA->CRH|=0X00000003; 
      GPIOA->ODR|=1<<8;
}


__asm void SetPendSVPro(void)
{
NVIC_SYSPRI14   EQU     0xE000ED22
NVIC_PENDSV_PRI EQU           0xFF
    
    LDR     R1, =NVIC_PENDSV_PRI    
    LDR     R0, =NVIC_SYSPRI14    
    STRB    R1, [R0]
    BX      LR
    
}

__asm void TriggerPendSV(void)
{
NVIC_INT_CTRL   EQU     0xE000ED04                              
NVIC_PENDSVSET  EQU     0x10000000                              

    LDR     R0, =NVIC_INT_CTRL                                 
    LDR     R1, =NVIC_PENDSVSET
    STR     R1, [R0]
    BX      LR
}



int main(void)
{
    USART1_Init();

    SetPendSVPro();
    LEDInit();


    printf("OS test\n");
    
    PSP_array[0] = ((unsigned int) task0_stack) + (sizeof task0_stack) - 16*4;
    //PSP_array中存儲的為task0_stack數組的尾地址-16*4，即task0_stack[1023-16]地址
    HW32_REG((PSP_array[0] + (14<<2))) = (unsigned long) task0; /* PC */
    //task0的PC存儲在task0_stack[1023-16]地址  +14<<2中，即task0_stack[1022]中
    HW32_REG((PSP_array[0] + (15<<2))) = 0x01000000;            /* xPSR */

    
    PSP_array[1] = ((unsigned int) task1_stack) + (sizeof task1_stack) - 16*4;
    HW32_REG((PSP_array[1] + (14<<2))) = (unsigned long) task1; /* PC */
    HW32_REG((PSP_array[1] + (15<<2))) = 0x01000000;            /* xPSR */    
    
    
        /* 任務0先執行 */
    curr_task = 0; 
     
    /* 設置PSP指向任務0堆棧的棧頂 */
    __set_PSP((PSP_array[curr_task] + 16*4)); 
    
    SysTick_Config(9000000);
    SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);//72/8=9MHZ     
    /* 使用堆棧指針，非特權級狀態 */
    __set_CONTROL(0x3);
    
    /* 改變CONTROL后執行ISB (architectural recommendation) */
    __ISB();
    
    

    
    /* 啟動任務0 */
    task0();  
    //LED0=0;
    while(1);
}




__asm void PendSV_Handler(void)
{ 

    // 保存當前任務的寄存器內容
    MRS    R0, PSP     // 得到PSP  R0 = PSP
                       // xPSR, PC, LR, R12, R0-R3已自動保存
    STMDB  R0!,{R4-R11}// 保存R4-R11共8個寄存器得到當前任務堆棧
    
    
    // 加載下一個任務的內容
    LDR    R1,=__cpp(&curr_task)
    LDR    R3,=__cpp(&PSP_array)
    LDR    R4,=__cpp(&next_task)
    LDR    R4,[R4]     // 得到下一個任務的ID
    STR    R4,[R1]     // 設置 curr_task = next_task
    LDR    R0,[R3, R4, LSL #2] // 從PSP_array中獲取PSP的值
    LDMIA  R0!,{R4-R11}// 將任務堆棧中的數值加載到R4-R11中
  //ADDS   R0, R0, #0x20
    MSR    PSP, R0     // 設置PSP指向此任務
 // ORR     LR, LR, #0x04   
    BX     LR          // 返回
                       // xPSR, PC, LR, R12, R0-R3會自動的恢復
    ALIGN  4
}

void SysTick_Handler(void)
{
    flag=~flag;
    LED0=flag;
    if(curr_task==0)
        next_task=1;
    else
        next_task=0;
    TriggerPendSV();
}


void USART1_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    USART_InitTypeDef USART_InitStructure;
    
    /* config USART1 clock */
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
    
    /* USART1 GPIO config */
    /* Configure USART1 Tx (PA.09) as alternate function push-pull */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_9;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);    
    /* Configure USART1 Rx (PA.10) as input floating */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_10;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN_FLOATING;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
    
    /* USART1 mode config */
    USART_InitStructure.USART_BaudRate = 9600;
    USART_InitStructure.USART_WordLength = USART_WordLength_8b;
    USART_InitStructure.USART_StopBits = USART_StopBits_1;
    USART_InitStructure.USART_Parity = USART_Parity_No ;
    USART_InitStructure.USART_HardwareFlowControl = USART_HardwareFlowControl_None;
    USART_InitStructure.USART_Mode = USART_Mode_Rx | USART_Mode_Tx;
    USART_Init(USART1, &USART_InitStructure); 
    USART_Cmd(USART1, ENABLE);
}

int fputc(int ch, FILE *f)
{

  USART_SendData(USART1, (unsigned char) ch);
  while (!(USART1->SR & USART_FLAG_TXE));
 
  return (ch);
}

 

測試后結果如圖：

可以看出，兩個任務可以切換了。

上述代碼參考《cortex-M3權威指南》和《安富萊_STM32-V5開發板_μCOS-III教程》得來。