例说OS前的任务切换（附代码）
来源:嵌入式大杂烩发布时间:2022-11-301336浏览
询问 AI先了解下如何使用PendSV异常。(为何要使用PendSV而不是其他的异常，请参考《cortex-M3权威指南》)
1，如何设定PendSV优先级？
NVIC_SYSPRI14EQU0xE000ED22
NVIC_PENDSV_PRIEQU0xFF
LDRR0,=NVIC_SYSPRI14LDRR1,=NVIC_PENDSV_PRI
STRBR1,[R0]
2，如何触发PendSV异常？
往ICSR第28位写1，即可将PendSV异常挂起。若是当前没有高优先级中断产生，那么程序将会进入PendSV handler
NVIC_INT_CTRLEQU0xE000ED04
NVIC_PENDSVSETEQU0x10000000
LDRR0,=NVIC_INT_CTRL
LDRR1,=NVIC_PENDSVSET
STRR1,[R0]
3，编写PendSV异常handler
这里用PendSV_Handler来触发LED点亮，以此证明PendSV异常触发的设置是正确的。
#include"stm32f10x_conf.h"
#defineLED0*((volatileunsignedlong*)(0x422101a0))//PA8
unsignedcharflag=0;
voidLEDInit(void)
{
RCC->APB2ENR|=1<<2;
GPIOA->CRH=0XFFFFFFF0;
GPIOA->CRH|=0X00000003;
GPIOA->ODR|=1<<8;
}
__asmvoidSetPendSVPro(void)
{
NVIC_SYSPRI14EQU0xE000ED22
NVIC_PENDSV_PRIEQU0xFF
LDRR1,=NVIC_PENDSV_PRI
LDRR0,=NVIC_SYSPRI14
STRBR1,[R0]
BXLR
}
__asmvoidTriggerPendSV(void)
{
NVIC_INT_CTRLEQU0xE000ED04
NVIC_PENDSVSETEQU0x10000000
LDRR0,=NVIC_INT_CTRL
LDRR1,=NVIC_PENDSVSET
STRR1,[R0]
BXLR
}
intmain(void)
{
SetPendSVPro();
LEDInit();
TriggerPendSV();
while(1);
}
voidPendSV_Handler(void)
{
LED0=0;
}
上述代码可以正常点亮LED，说明PendSV异常是正常触发了。
OK，是时候挑战任务切换了。
如何实现任务切换？三个步骤：
步骤一：在进入中断前先设置PSP。
curr_task=0;
设置任务0为当前任务：
__set_PSP((PSP_array[curr_task]+16*4));
设置PSP指向task0堆栈的栈顶位置：
__set_CONTROL(0x3);
设置为用户级，并使用PSP堆栈：
__ISB();
指令同步隔离。
步骤二：将当前寄存器的内容保存到当前任务堆栈中。进入ISR时，cortex-m3会自动保存八个寄存器到PSP中，剩下的几个需要我们手动保存。
步骤三：在Handler中将下一个任务的堆栈中的内容加载到寄存器中，并将PSP指向下一个任务的堆栈。这样就完成了任务切换。
要在PendSV 的ISR中完成这两个步骤，我们先需了解下在进入PendSV ISR时，cortex-M3做了什么？
1，入栈。会有8个寄存器自动入栈。入栈内容及顺序如下：
img在步骤一中，我们已经设置了PSP，那这8个寄存器就会自动入栈到PSP所指地址处。
2，取向量。找到PendSV ISR的入口地址，这样就能跳到ISR了。,
3，更新寄存器内容。
做完这三步后，程序就进入ISR了。
进入ISR前，我们已经完成了步骤一，cortex-M3已经帮我们完成了步骤二的一部分，剩下的需要我们手动完成。
在ISR中添加代码如下：
MRSR0,PSP
保存PSP到R0。为什么是PSP而不是MSP。因为在OS启动的时候，我们已经把SP设置为PSP了。这样使得用户程序使用任务堆栈，OS使用主堆栈，不会互相干扰。不会因为用户程序导致OS崩溃。
STMDBR0!,{R4-R11}
保存R4-R11到PSP中。C语言表达是*(--R0)={R4-R11}，R0中值先自减1，然后将R4-R11的值保存到该值所指向的地址中，即PSP中。
STMDB Rd!，{寄存器列表} 连续存储多个字到Rd中的地址值所指地址处。每次存储前，Rd先自减一次。
若是ISR是从从task0进来，那么此时task0的堆栈中已经保存了该任务的寄存器参数。保存完成后，当前任务堆栈中的内容如下(假设是task0)
左边表格是预期值，右边是keil调试的实际值。可以看出，是一致的。在任务初始化时(步骤一)，我们将PSP指向任务0的栈顶0x20000080。在进入PendSV之前，cortex-M3自动入栈八个值，此时PSP指向了0x20000060。然后我们再保存R4-R11到0x20000040~0x2000005C。
这样很容易看明白，如果需要下次再切换到task0，只需恢复R4~R11，再将PSP指向0x20000060即可。
所以切换到另一个任务的代码：
LDRR1,=__cpp(curr_task)
LDRR3,=__cpp(PSP_array)
LDRR4,=__cpp(next_task)
LDRR4,[R4]
获取下一个任务的编号：
STRR4,[R1]
Curr_task=next_task
LDRR0,[R3,R4,LSL#2]
获得任务堆栈地址，若是task0，那么R0=0x20000040( R0=R3+R4*4)
LDMIAR0!,{R4-R11}
恢复堆栈中的值到R4~R11。R4=*(R0++)。执行完后，R0中值变为0x20000060
LDMIA Rd! {寄存器列表} 先将Rd中值所指地址处的值送出寄存器中，Rd再自增1.*
MSRPSP,R0
PSP=R0。
BXLR
中断返回。
完整代码
#include"stm32f10x.h"
#include"stm32f10x_usart.h"
#include"stm32f10x_gpio.h"
#include"stm32f10x_rcc.h"
#include"stdio.h"
#include"misc.h"
#defineHW32_REG(ADDRESS)(*((volatileunsignedlong*)(ADDRESS)))
#defineLED0*((volatileunsignedlong*)(0x422101a0))//PA8
voidUSART1_Init(void);
voidtask0(void);
unsignedcharflag=1;
uint32_tcurr_task=0;//当前执行任务
uint32_tnext_task=1;//下一个任务
uint32_ttask0_stack[17];
uint32_ttask1_stack[17];
uint32_tPSP_array[4];
u8task0_handle=1;
u8task1_handle=1;
voidtask0(void)
{
while(1)
{
if(task0_handle==1)
{
printf("task0\n");
task0_handle=0;
task1_handle=1;
}
}
}
voidtask1(void)
{
while(1)
{
if(task1_handle==1)
{
printf("task1\n");
task1_handle=0;
task0_handle=1;
}
}
}
voidLEDInit(void)
{
RCC->APB2ENR|=1<<2;
GPIOA->CRH=0XFFFFFFF0;
GPIOA->CRH|=0X00000003;
GPIOA->ODR|=1<<8;
}
__asmvoidSetPendSVPro(void)
{
NVIC_SYSPRI14EQU0xE000ED22
NVIC_PENDSV_PRIEQU0xFF
LDRR1,=NVIC_PENDSV_PRI
LDRR0,=NVIC_SYSPRI14
STRBR1,[R0]
BXLR
}
__asmvoidTriggerPendSV(void)
{
NVIC_INT_CTRLEQU0xE000ED04
NVIC_PENDSVSETEQU0x10000000
LDRR0,=NVIC_INT_CTRL
LDRR1,=NVIC_PENDSVSET
STRR1,[R0]
BXLR
}
intmain(void)
{
USART1_Init();
SetPendSVPro();
LEDInit();
printf("OStest\n");
PSP_array[0]=((unsignedint)task0_stack)+(sizeoftask0_stack)-16*4;
//PSP_array中存储的为task0_stack数组的尾地址-16*4，即task0_stack[1023-16]地址
HW32_REG((PSP_array[0]+(14<<2)))=(unsignedlong)task0;/*PC*/
//task0的PC存储在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]=((unsignedint)task1_stack)+(sizeoftask1_stack)-16*4;
HW32_REG((PSP_array[1]+(14<<2)))=(unsignedlong)task1;/*PC*/
HW32_REG((PSP_array[1]+(15<<2)))=0x01000000;/*xPSR*/
/*任务0先执行*/
curr_task=0;
/*设置PSP指向任务0堆栈的栈顶*/
__set_PSP((PSP_array[curr_task]+16*4));
SysTick_Config(9000000);
SysTick_CLKSourceConfig(SysTick_CLKSource_HCLK_Div8);//72/8=9MHZ
/*使用堆栈指针，非特权级状态*/
__set_CONTROL(0x3);
/*改变CONTROL后执行ISB(architecturalrecommendation)*/
__ISB();
/*启动任务0*/
task0();
//LED0=0;
while(1);
}
__asmvoidPendSV_Handler(void)
{
//保存当前任务的寄存器内容
MRSR0,PSP//得到PSPR0=PSP
//xPSR,PC,LR,R12,R0-R3已自动保存
STMDBR0!,{R4-R11}//保存R4-R11共8个寄存器得到当前任务堆栈
//加载下一个任务的内容
LDRR1,=__cpp(curr_task)
LDRR3,=__cpp(PSP_array)
LDRR4,=__cpp(next_task)
LDRR4,[R4]//得到下一个任务的ID
STRR4,[R1]//设置curr_task=next_task
LDRR0,[R3,R4,LSL#2]//从PSP_array中获取PSP的值
LDMIAR0!,{R4-R11}//将任务堆栈中的数值加载到R4-R11中
//ADDSR0,R0,#0x20
MSRPSP,R0//设置PSP指向此任务
//ORRLR,LR,#0x04
BXLR//返回
//xPSR,PC,LR,R12,R0-R3会自动的恢复
ALIGN4
}
voidSysTick_Handler(void)
{
flag=~flag;
LED0=flag;
if(curr_task==0)
next_task=1;
else
next_task=0;
TriggerPendSV();
}
voidUSART1_Init(void)
{
GPIO_InitTypeDefGPIO_InitStructure;
USART_InitTypeDefUSART_InitStructure;
/*configUSART1clock*/
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_USART1|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE);
/*USART1GPIOconfig*/
/*ConfigureUSART1Tx(PA.09)asalternatefunctionpush-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);
/*ConfigureUSART1Rx(PA.10)asinputfloating*/
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin=GPIO_Pin_10;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode=GPIO_Mode_IN_FLOATING;
GPIO_Init(GPIOA,GPIO_InitStructure);
/*USART1modeconfig*/
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);
}
intfputc(intch,FILE*f)
{
USART_SendData(USART1,(unsignedchar)ch);
while(!(USART1->SRUSART_FLAG_TXE));
return(ch);
}
测试后结果如图：
可以看出，两个任务可以切换了。
上述代码参考《cortex-M3权威指南》和《安富莱_STM32-V5开发板_μCOS-III教程》得来。
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