标签: os任务切换

                         扯扯任务切换   最近在玩 STM32,32 位的单片机，寄存器太多了，直接面对寄存器不太适合我这种初学者，也由于实验室的一些原因，所以直接从 OS 开始学习，这次学习的系统叫 msOS, 可以说他是从 ucOS 的精简出来，只有两个任务，逻辑任务（ logic ）和界面任务（ menu ） , 当然少不了消息机制等，麻雀虽小，五脏俱全。 下面我来说说在这个系统的学习过程中我对任务切换的了解。在开始之前我们首先来科普下： 1. 栈 栈是一种先进后出的数据结构。一般栈是由高地址向低地址生长的，这也就是为什么经常会有人说往栈里加入数据时，栈顶下降，而从栈里取出数据时栈顶上升。   2. 中断 基于 cortex 内核的单片机发生中断时，会有一个保护现场的动作，就是自动 把一些数据压入栈中，其中首先入栈的是状态寄存器（ XPSR ）中的数据，接着是 PC ，然后是 LR 、 R12 、 R3 、 R2 、 R1 、 R0 ，这八个寄存器中的数据压栈完毕之后，栈顶地址由 MSP/PSP 保存，那么退出中断后从 MSP/PSP 里得到的栈顶地址就可以把数据重新加载回相应的寄存器中，其中就包含返回断点的断点地址，因为这一步涉及 PC 指针的赋值，所以一般任务切换都是从这里着手。（ PS:XPSR 是状态寄存器； PC 寄存器保存的是中断退出时的返回地址； R3-R0 在父函数调用子函数时用于函数传递，所以中断的时候会把它们里面的数据也一起压栈）       我们都知道单片机里面程序准确的说是指令存储在程序存储空间（ flash ）里面，而单片机从哪取出指令是由 PC 指针的指向决定的，可以这么理解 PC 指向哪程序就运行到哪，那么如果我们想要从 A 任务切换到 B 任务的话，只要把原本指向 A 任务的 PC 指向 B 就可以了，当然在切换的时候要保存当前 A 任务执行时产生的一些数据，而从 B 任务切换回 A 任务也是同样的道理，这样的话我们就需要用到两个栈来分别保存 A 任务和 B 任务运行时产生的数据。那么好，基于以上的简单了解，下面我们来看看该怎么样实现任务切换。     首先，我们要创建两个栈分别用于保存 A 任务和 B 任务运行时产生的数据，并进行如下初始化（为了不绕，现用 a 表示任务 A 中的某一条指令的地址， b 表示任务 B 中的某一条指令的地址 , 也就是当把 a 赋值给 PC 时， PC 指向 A 任务，准确的说应该是单片机执行 A 任务， b 同理。）：        这两个栈各有 64 个字节的空间，其中栈底往下 32 个字节用于保存中断发生时单片机自动保存数据，后 32 个字节主要是考虑到当程序运行产生的数据过多时，用于保存 R4-R11 这八个寄存器中的数据（这部分数据是手动保存的）。          当系统开始运行的时候，会一直在优先级最低的任务中循环，每当节拍到来的时候进入节拍函数程序段执行，只有在需要的时候才会切换任务。那么现在我们假设任务 A 的优先级最低，假如在执行 A 任务的时候突然进来一个消息，需要执行 B 任务进行处理，单片机会触发中断，然后 cpu 会自动把当前的一些数据压入栈中， cortex 内核的单片机第一次进入中断时默认把数据压入 MSP, 接着执行中断服务程序，在中断服务中我们可以这样处理，首先把 B 任务栈中自栈顶开始往上取出 32 个字节的数据加载到 R4-R11 这八个寄存器中，再让栈顶上升 8 个字，然后把栈顶地址赋值给 PSP, 接着激活 PendSV 中断然后退出。中断退出后我们的单片机会自动加载一些数据到 cpu 里面，因为我们退出中断的时候激活了 PendSV ，所以单片机会根据 PSP 中的地址开始往上取出 32 个字节的数据加载到相应的寄存器中，其中就包括把 b 加载到 PC 寄存器里面，这样 PC 就指向了任务 B ，单片机开始执行 B 任务。这就完成了第一次切换，我们再来看后续的切换。     因为 A 任务的优先级最低，所以执行完 B 任务之后会切换回 A 任务。一样的，单片机先触发中断，不过这次是把数据压入 PSP 指向的存储空间也就是 B 任务的栈中，接着执行中断服务程序，在中断服务程序里面，我们需要手动的把 R4-R11 这八个寄存器里的数据保存到 B 任务的栈里面 , 然后栈顶下降 8 个字，接着切换栈顶，切换栈顶是从 B 任务栈切换到 A 任务栈，切换到 A 任务栈后先把栈顶开始往上取 32 个字节的数据加载到 R4-R11 这八个寄存器里面，然后栈顶上升 32 个字节，再把栈顶地址赋值给 PSP 后退出中断，接下来单片机会根据 PSP 中指向的地址开始往上取出 32 个字节的数据加载到相应的寄存器里面，其中就包括把 a 加载到 PC 寄存器，这样子 PC 就指向了 A 任务，单片机开始执行 A 任务 ......   下面再上个图，这样可以比较形象点     上图看不太清楚的文字是： 1. 触发中断时单片机自动加载 XPSR 、 PC 、 R12 、 R3-R0 中的数据到栈里面 2. 进入中断服务函数后手动加载 R4-R11 这八个寄存器的数据到栈里面 3. 切换栈之后，把新栈里面的数据从栈顶开始往上取 32 个字节的数据加载到 R4-R11 这八个寄存器中 4. 退出中断后单片机自动把栈里面剩余的数据加载到 XPSR 、 PC 、 R12 、 R3-R0 这八个寄存器中 1 、 4 步骤都是单片机自动完成的， 2 、 3 步时我们手动完成的，这样就完成了任务切换     总的来说，任务切换其实就是人为的改变 PC 的指向，但是因为单片机不允许我们随意的去更改 PC 的值，所以我们就需要用触发中断的方式更改 PC 指针，又任务切换的时候需要保存数据和往 CPU 中加载新的数据，而这个保存和加载数据的过程分自动保存 / 加载和手动保存 / 加载