μC/OSII下的ARM7中斷過程分析及優(yōu)化方法
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引言
本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/171563.htm目前，在嵌入式處理器芯片中，以ARM7為核心的處理器是應用較多的一種。它具有多種工作模式，并且支持兩種不同的指令集（標準32位ARM指令集和16位Thumb指令集）。μC／OSII是專為嵌入式應用設計的搶占式、多任務實時操作系統(tǒng)，可用于各類8位、16位和32位單片機或DSP。μC/OSII向ARM7移植具有得天獨厚的優(yōu)點，所以“μC/OSII+ARM7”成為廣泛應用的一款平臺。
不管是哪種型號的ARM處理器，也無論該嵌入式系統(tǒng)中是否有操作系統(tǒng)，在計算機與外界實時交互的過程中，中斷技術都是一項關鍵的技術。當外部事件發(fā)生時，CPU必須及時響應中斷以實現(xiàn)對相應事件的處理，因此能否中斷嵌套是影響嵌入式系統(tǒng)實時性能的主要因素。
1 ARM7的中斷處理
ARM7處理器的中斷主要有兩種，本文主要討論IRQ中斷異常的響應機制。當中斷請求IRQ到來使CPU進入中斷響應時，CPU將會自動完成下列工作：首先，將PC、CPSR的當前值存入中斷模式的LR、SPSR中；然后，操作CPSR中的運行狀態(tài)位，使CPU進入中斷模式并關閉中斷；最后將PC的值改成0x00000018，從而使CPU的執(zhí)行跳轉(zhuǎn)到IRQ中斷入口0x00000018處。異常向量表中的0x00000018處使用一條“LDR PC,[PC,#0xff0]”指令，在IRQ處使用的這條指令與其他向量不同。當CPU執(zhí)行這條指令但還沒有跳轉(zhuǎn)時，PC的值為0x00000020（因為ARM7TDMI內(nèi)核是三級流水結構），0x00000020減去0x00000FF0為0xFFFFF030,這是VIC的特殊寄存器VICVectAddr的地址單元。這個寄存器保存當前將要服務的IRQ的中斷服務程序的入口，故讀取VICVectAddr寄存器的值，然后放入PC程序指針，即跳轉(zhuǎn)到相應中斷服務程序，從而使CPU開始執(zhí)行中斷服務程序。
2 Handler宏分析
“μC/OSII+ARM7”系統(tǒng)中，只使用了ARM7的IRQ中斷。由于不同的ARM芯片的中斷系統(tǒng)并不完全一樣，因此不可能編寫出對所有使用ARM核的處理器通用的中斷及時鐘節(jié)拍移植代碼。但是，為了使用戶用C語言編寫中斷服務程序時不必為處理器的硬件區(qū)別而困擾，這里根據(jù)μC/OSII對中斷服務程序的要求以及ARM7體系結構和ADS編譯器的特點，編寫了一個適用于所有基于ARM7核處理器的匯編宏--Handler。這個宏實現(xiàn)了“μC/OSII+ ARM7”中斷服務程序的匯編語言代碼與C語言函數(shù)代碼之間的通用接口。其作用是對用戶的C語言中斷處理程序進行包裝，只有通過這個包裝之后，系統(tǒng)才能執(zhí)行用戶的中斷處理程序。
中斷服務程序流程如圖1所示。在進入Handler宏中，首先保存LR、SPSR以及相關寄存器的值于中斷模式下的堆棧中，以便于斷點恢復。然后使記錄系統(tǒng)中斷次數(shù)的全局變量OSIntNeSTing加1并關中斷切換到系統(tǒng)模式，調(diào)用C語言中斷處理程序。在執(zhí)行完中斷處理程序后，調(diào)用出中斷函數(shù)，以獲取最高優(yōu)先級就緒任務的任務控制塊指針和任務優(yōu)先級。返回中斷模式后，通過比較當前任務與待切換任務的優(yōu)先級，判斷是否進行任務切換，最后返回斷點。
圖1 中斷服務程序流程
IRQ異常處理代碼的匯編部分--Handler宏：
MACRO
$IRQ_Label HANDLER $IRQ_ExcepTION_Function
EXPORT $IRQ_Label;輸出的標號
IMPORT $IRQ_Exception_Function;引用的外部標號
$IRQ_Label
SUB LR, LR, #4;計算返回地址
STMFD SP!, {R0R3, R12, LR};保存任務環(huán)境
MRS R3, SPSR;保存狀態(tài)
STMFD SP, {R3,SP,LR}^;保存用戶狀態(tài)的R3、SP、LR
;OSIntNesting++
LDR R2,=OSIntNesting
LDRB R1, [R2]
ADD R1, R1, #1
STRB R1, [R2]
SUB SP, SP, #4*3
MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)
;切換到系統(tǒng)模式以便對相關寄存器進行操作
CMP R1, #1
LDREQ SP, =StackUsr
;在第1次中斷時就重新開辟一個專門存儲中斷中用到的變量以避免存儲空間的沖突
BL $IRQ_Exception_Function ;調(diào)用C語言的中斷處理程序
MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode);切換到系統(tǒng)模式
LDR R2, =OsEnterSum
;OsEnterSum,使OSIntExit退出時中斷關閉
MOV R1, #1
STR R1, [R2]
BL OSIntExit
;獲取最高優(yōu)先級就緒任務的任務控制塊指針和優(yōu)先級
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