MSP430系列單片機有6種不同的工作模式，都是通過對狀態(tài)寄存器SR的讀寫來實現的。在RTOS中，由于每個任務都可以分別保存自己的狀態(tài)，包括狀態(tài)寄存器，所以在實現低功耗工作模式時更加靈活方便。首先，在設計每個任務時，都可以根據任務的具體要求定義它的工作模式。其次，在整個系統(tǒng)設計中，設計一個最低優(yōu)先級的任務，其作用就是使系統(tǒng)進入特定的低功耗工作模式。這樣，在其它任務都運行完畢后，系統(tǒng)會調用這個任務使整個系統(tǒng)進入低功耗工作模式。當其它任務又恢復運行時(如延時結束)，會自動進入其特定的工作狀態(tài)，以達到降低功耗的目的。

4 如何減少RTOS在運行中占用的RAM空間

影響RTOS在單片機上應用的主要原因是由于在單片機上運行RTOS需要占用一定的系統(tǒng)資源，如系統(tǒng)時鐘、RAM、FLASH或ROM等，從而減少了應用系統(tǒng)對資源的利用。特別是對RAM的占用。一般而言，單片機上的內部RAM數量都很少(如MSP430F148是整個MSP430中RAM最多的，也只有2  KB)，雖然可以通過外部擴展來增加RAM數量，但這樣不僅增加了設計的難度和產品成本，而且有時還使系統(tǒng)應用無法進行擴展。所以，最好的方法是能夠充分利用單片機的內部RAM來運行RTOS。

通過分析uC/OS-II對RAM的使用情況可知，占用RAM空間最多的原因，是由于在設計uC/OS-II時，要給每個任務都分配一個單獨的任務堆棧。特別在單片機的硬件設計沒有將中斷堆棧與任務堆棧分開時，計算任務堆棧的大小時不僅要計算任務中變量和函數嵌套所使用的RAM大小，還必須計算該任務在運行時發(fā)生中斷和中斷嵌套所需要的RAM空間的大小。由于每一個任務均需預留中斷和中斷嵌套所需要的RAM空間的大小，所以使得大量RAM空間被浪費。最直接的解決方法就是利用軟件來將任務堆棧和中斷堆棧分離，使得在計算任務堆棧的大小時，只需計算任務本身所需的RAM空間大小，從而提高了RAM的使用效率，增加了更多的應用任務。

所謂將中斷堆棧與任務堆棧分離，就是在內存中專門開辟出一塊區(qū)域作為中斷堆棧使用，任何一個任務運行時發(fā)生中斷都只使用它。設計的原則：一是要盡量將中斷任務與普通任務分開;二是模擬的中斷堆棧指針必須一直保持在中斷堆棧的頂部，即中斷時中斷堆棧指針要時刻保持與SP的同步變化。

為了達到這個目的，單片機芯片必須具備以下2個條件。

首先，單片機芯片必須有一個通用寄存器和相應的指令能夠模仿堆棧指針SP的功能，即能實現軟堆棧。在MSP430系列單片機中有以下指令可以仿真SP的功能(把R4作為中斷堆棧指針使用)：

MOV @R4+，SP ;將R4所指向地址中的內容存入SP;中，同時R4中內容加2

MOV SP，0(R4) ;將SP中的內容存入R4所指向的地址中

MOV @R4+，PC ;將R4所指向地址中的內容存入PC;中，同時R4中內容加2

其次，作為模擬中斷堆棧指針的寄存器R4，必須在中斷之外的任何情況下不被使用。因為，此時的R4必須時刻保持在中斷堆棧的頂部，如果改變它的值，就會改變中斷堆棧的結構。一般這個要求是由所使用的編譯器來保證的，在我們所使用的IAR編譯器中，有一個選項可以避免使用R4和/或R5。

具體設計時，我們在uC/OS-II每個任務的TCB(任務控制塊)結構中加入以下幾項：

TSP--任務堆棧指針。發(fā)生中斷后，指向該任務的任務堆棧的頂部。

ISP--中斷堆棧指針。如果在中斷中發(fā)生任務切換，指向該任務在中斷堆棧所保存狀態(tài)的頂部。

FromInt標志--是否來自中斷標志。用來判斷該任務的狀態(tài)是保存在中斷堆棧中(為1)，還是保存在任務堆棧中(為0)。

下面假設一個普通任務1在執(zhí)行過程發(fā)生中斷，對它在中斷執(zhí)行過程中可能出現的幾種情況進行分析。

(1)在普通任務1運行時引發(fā)中斷，在中斷中沒有激活更高優(yōu)先級的任務，而是正常結束中斷，繼續(xù)執(zhí)行任務1，如圖2所示。

圖2 情況1時的堆棧使用

開始中斷：將在中斷發(fā)生時保存在當前任務堆棧的SR和PC移到中斷堆棧中保存，同時  SP回到中斷前的位置并將它保存到該任務TCB中的TSP中(這是為了在中斷結束后，保持任務堆棧的連續(xù)性)，然后將SP指到目前中斷堆棧的頂部，按照自定義堆棧結構的順序依次將所有寄存器都保存到中斷堆棧中。保存的過程中R4必須與SP保持同步變化，同時將FromInt標志置l。

退出中斷：由于沒有激活更高優(yōu)先級的任務，所以在中斷任務完成后，將按正常的順序退出中斷，即將保存在中斷堆棧中的寄存器推出堆棧，將FromInt標志置0，SP重新指向該任務的任務堆棧中，最后，將PC指針指向中斷前的返回地址，繼續(xù)程序運行。

(2)在普通任務1運行時引發(fā)中斷，在中斷中激活更高優(yōu)先級的任務2。中斷結束時由任務調度器調度去執(zhí)行更高優(yōu)先級的任務2，沒有返回普通任務1。

當執(zhí)行任務2時，任務調度器會將任務2保存在自己任務堆棧中的狀態(tài)恢復并執(zhí)行任務2。執(zhí)行完后，如果沒有激活更高優(yōu)先級的任務，那么按照優(yōu)先級高低的原則，調度器將調度執(zhí)行任務1。通過判斷任務1的TCB中的FromInt標志，可以知道任務1的狀態(tài)是保存在任務堆棧中還是中斷堆棧中，從而可以將其狀態(tài)恢復，繼續(xù)運行。

(3)在普通任務1運行時引發(fā)中斷，在中斷中激活更高優(yōu)先級的任務2，執(zhí)行任務2時又發(fā)生中斷。

由于uC/OS-II是嚴格按照優(yōu)先級搶占式原則進行任務調度的，所以將任務狀態(tài)保存在中斷堆棧頂部的任務的優(yōu)先級一定比狀態(tài)保存在它下面的任務的優(yōu)先級高。在執(zhí)行時，是由中斷堆棧的頂部向底部順序執(zhí)行。在這種假設中，一定先執(zhí)行任務2，然后執(zhí)行任務1，如圖3所示。

(4)在普通任務1運行時引發(fā)中斷，在中斷中激活更高優(yōu)先級的任務2。在執(zhí)行任務2時又發(fā)生中斷，在中斷過程中任務2由于等待信號量而被掛起。

這種情況在系統(tǒng)最初設計時已經被禁止，在中斷中不允許使用信號量將中斷掛起。

(5)  在普通任務1運行時引發(fā)中斷，在中斷中激活更高優(yōu)先級的任務2。在執(zhí)行任務2時又發(fā)生中斷，中斷中激活更高優(yōu)先級的任務3。中斷結束時由任務調度器調度去執(zhí)行更高優(yōu)先級的任務3。

這種情況與討論的情況2是一樣的。