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          在MOTOROLA A68K系列MCU上移植μC/OS-II

          作者: 時間:2012-03-07 來源:網(wǎng)絡 收藏

          如果考慮多級中斷,必須注意到中斷開關(guān)級別的控制是一個重要的信息,在關(guān)閉中斷之前需要將這個信息保存起來,在對應的開中斷時恢復這個中斷級別控制信息。最容易想到的方法是用一個全局變量存存這個信息。

          使用這個方法的程序如下:
          #define OS_EXIT_CRITICAL() asm move SR_TEMP,sr;
          #define OS_ENTER_CRITICAL() asm move.w SR,SR_TEMP;
          asm ori.w #0x0700,SR;

          接著構(gòu)造兩個任務,每個任務分別向屏幕輸出一句話,同時修改內(nèi)核的代碼,讓空閑任務也輸出一句話。運行內(nèi)核,通常在幾分鐘內(nèi)會發(fā)現(xiàn)內(nèi)核停止調(diào)試,只有空閑任務不停地向屏幕輸出。這種情況非常麻煩,因為根據(jù)無法通過調(diào)試手段判斷何時何處導致內(nèi)核停止調(diào)度。

          分析一下,當只有空閑任務運行時,代碼為:
          move.w sr,sr_temp
          ori.w #0700,sr
          addi.1 #1,OSIdleCtr
          move.w sr_temp,sr
          jmp ****

          這5句語句在循環(huán)運行,而中斷(這時只有定時中斷)可以在任意一句語句中間切入。那么,如果在MOVE.W SR,SR_TEMP的時候產(chǎn)生了中斷,就會執(zhí)行中斷(因為正要關(guān)中斷,但還沒有關(guān)上);而中斷程序調(diào)用的OSIntENTER和OSIntEXIT都會調(diào)用 OS_ENTER_CRITICAL()來關(guān)閉中斷,遞增中斷嵌套層數(shù)全局變量。這時,再次執(zhí)行MOVE.W SR,SR_TEMP變量就被改寫成關(guān)中斷的值,當從中斷返回到IDLE任務執(zhí)行MOVE.W SR_TEMP,SR時,就關(guān)閉了中斷,而不是恢復原來的狀態(tài)寄存器。這樣就導致內(nèi)核無法響應中斷,無法調(diào)度任務,只有IDLE任務在運行。

          如何解決?最容易想到的方法是再增加一個全局變量,用來保存進入中斷時的中斷開關(guān)信息,退出中斷恢復這個信息;但如果考慮到中斷嵌套,相同的情況又出現(xiàn)了,并且如果一個任務在執(zhí)行MOVE.W SR,SR_TEMP時被中斷打斷并且發(fā)生了任務調(diào)度,那么當個任務恢復時,它使用的中斷信息SR_TEMP可以已經(jīng)是被其他任務更改后的值了。內(nèi)核無法響應中斷,無法調(diào)度的任務可能依然存在。

          給每個任務和中斷都定義一個這樣的全局變量,在不考慮中斷嵌套的情況下似乎可以解決問題,但想象一下為每一個任務和中斷提供一個單獨的OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()函數(shù)所帶來的工作量。顯然這不一個好辦法。

          將中斷信息推入堆棧是一個好主意,但我們會看到由此帶來的一些更加隱蔽而復雜的問題。實現(xiàn)這個方法的程序代碼如下:
          #define OS_ENTER_CRITICAL() asm move SR,-(A7);
          asm ori.w #0x0700,SR;
          #define OS_EXIT_CRITICAL() asm move (A7)+,sr;

          這樣,每次調(diào)用OS_ENTER_CRITICAL(),都將當前的中斷開關(guān)信息保存到當前任務堆棧或系統(tǒng)堆棧中斷OS_EXIT_CRITICAL()時,恢復這個信息。

          使用了這個方法后,必須小心地計算堆棧的使用情況,修改OS_CPU_A.ASM和 OS_CPU_C.C文件里的函數(shù)。以OSIntCtxSw()函數(shù)為例,這個函數(shù)將導致中斷級的任務調(diào)度,即被中斷打斷的程序不能繼續(xù)運行,退出中斷中另一個優(yōu)先級更高的任務得以運行。在這個函數(shù)中必須對被中斷的任務堆棧進行清理,使得這個任務的堆棧看起來和一次正常的任務切換后的情況相同,這樣,才能保證這個任務被正確地恢復運行。OSIntCtxSw()函數(shù)僅僅在 OSICntExit()函數(shù)中被調(diào)用。

          須指出的是,在中斷發(fā)生時,CPU32已經(jīng)將全部的寄存器和狀態(tài)寄存器,PC指針內(nèi)容保存到了堆棧中,這樣已經(jīng)為被打斷的任務的恢復作好了準備。如果按照正常的中斷流程,在退出中斷時,被打斷的任務應該恢復運行。現(xiàn)在,由于執(zhí)行了中斷級的任務切換,被打斷的任務不能立刻恢復,而是被掛起,這就要求在執(zhí)行任務調(diào)度前調(diào)整堆棧,使得被中斷打斷的任務處于隨時可以被恢復的狀態(tài)。

          在中斷處理程序中,當執(zhí)行到OSIntExit()時,堆棧的情況和剛剛進入中斷還是相同的,是能夠隨時恢復被打斷的任務的情況。那么,只需要忽略 OSIntExit()函數(shù)造成的堆棧變化。首先,是OSIntExit()函數(shù)本身的返回地址,長度為2個字;調(diào)用OS_ENTER_CRITICAL ()壓入堆棧的狀態(tài)寄存器,長度為1個字;最后,是OSIntCtxSw()函數(shù)的返回地址,長度為2個字。那么在OSIntCtxSw()進行任務切換時,首先要把這5個字的堆棧的內(nèi)容清除,才能保證被中斷任務的正確恢復。該語句如下:
          ADDA #10,A7;

          在完成了這些調(diào)整后,由于開關(guān)中斷可能導致的內(nèi)核調(diào)度死鎖的可能已經(jīng)不存在了。但是在這種情況下,另一個更加隱蔽的問題會出現(xiàn),這個問題又是和使用的C編碼器相關(guān)的。

          問題出現(xiàn)在使用OSSemPend()函數(shù)時,一旦調(diào)用這個函數(shù),CPU就會出現(xiàn)地址錯誤而進入異常處理,內(nèi)核被終止。這個問題相當奇怪,因為, OSSemPend()函數(shù)完全是一個C語言寫成的子函數(shù),函數(shù)本身不應出現(xiàn)地址錯誤。通過閱讀編譯器編譯出來的目標碼發(fā)現(xiàn)了問題。EmPend()函數(shù),發(fā)現(xiàn)這個函數(shù)沒有任何局部變量。在進入OSSemPend()函數(shù)時,編譯器不需要產(chǎn)生LINK指令來提供局部變量空間。所有的參數(shù)都是使用帶偏移量的地址寄存器間接尋址方式直接從堆棧中取得,而且使用的地址寄存器就是A7寄存器。問題可能就在這里,OS_ENTER_CRITICAL()和 OS_EXIT_CRITICAL()對堆棧的操作都會調(diào)整A7寄存器,這就會導致下面的語句在利用A7作寄存器間接尋址時發(fā)生錯亂,出現(xiàn)地址錯誤。

          這需要詳細研究編譯器的特性。我們使用的HIWARE的編譯器實際上已經(jīng)考慮到了這一點,當調(diào)用 OS_ENTER_CRITICAL()或 OS_EXIT_CRITICAL()函數(shù)更加了A7寄存器后,使用A7的地址寄存器間接尋址也會做出相應的調(diào)整,保證仍然能夠得到函數(shù)調(diào)用時傳遞的變量。每出現(xiàn)一個OS_ENTER_CRITICAL(),接下來的A7寄存器間接尋址的偏移量就會加2;每出現(xiàn)一個OS_EXIT_CRITICAL (),接下來的A7寄存器間接尋址的偏移量就會減2。但是問題卻依然存在,對OSSemPend()的調(diào)用會導致地址錯誤,這應該是一個更深層次的錯誤。

          這個問題的解決方法是:定義一個局部變量,迫使編譯器生成LINK指令,構(gòu)造內(nèi)部參數(shù)尋址指針A6,這樣調(diào)用OS_ENTER_CRITICAL()或OS_EXIT_CRITICAL()時,更動的只是A7,而對參數(shù)尋址用的是A6,不受影響。

          如果強迫編譯器在調(diào)用函數(shù)時都加上LINK和UNLINK指令也可以解決這個問題,但是又會面臨最先提到的編譯器的優(yōu)化選項問題??梢钥闯?,編譯器的特性對μ是非常重要的,并且往往這些特性是相互制約的。

          和運行μ的過程中,也許還會有新的問題出現(xiàn),遇到問題時只要仔細分析,分析堆棧的使用、中斷的影響,分析編譯生成的代碼,就可以實現(xiàn)μ的穩(wěn)定可靠運行.


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