在產(chǎn)生empty、full信號(hào)邏輯模塊設(shè)計(jì)時(shí)，采用了對(duì)輸入信號(hào)的每一位進(jìn)行組合邏輯判斷的方法，使該信號(hào)分兩路，一路作為與門組合邏輯的輸入信號(hào)產(chǎn)生full信號(hào)。如果輸入信號(hào)的每一位都為1， 則full信號(hào)置1，其他情況置0；另一路作為或門非組合邏輯的輸入信號(hào)產(chǎn)生empty信號(hào)。如果輸入信號(hào)的每一位都為0， 則empty置1，其他情況置0。在整個(gè)邏輯模塊設(shè)計(jì)中，采用組合邏輯設(shè)計(jì)，目的是縮短工作時(shí)延，提高系統(tǒng)工作頻率。

　　3.2 地址產(chǎn)生邏輯模塊設(shè)計(jì)

　　堆棧地址指針SP決定了堆?？臻g單元的數(shù)據(jù)正確入棧和出棧，堆棧地址指針SP的獲得在于如何驅(qū)動(dòng)讀/寫邏輯模塊和中斷棧模塊。為了確保被保護(hù)數(shù)據(jù)的有效性和實(shí)時(shí)性，防止出現(xiàn)不確定狀態(tài)，須在時(shí)序同步的狀態(tài)下，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，如圖5所示。

　　在地址產(chǎn)生邏輯設(shè)計(jì)時(shí)，先對(duì)堆棧地址寄存器組賦初值，該模擬系統(tǒng)管理8個(gè)任務(wù)，有9個(gè)堆棧地址寄存器，分別為8個(gè)任務(wù)堆棧地址寄存器和1個(gè)中斷嵌套棧堆棧地址寄存器。

　　當(dāng)任務(wù)優(yōu)先級(jí)Prio信號(hào)和中斷使能int_en信號(hào)同時(shí)驅(qū)動(dòng)多路選擇器時(shí)，堆棧地址指針SP從堆棧地址寄存器組中選擇存放在Pregx中的當(dāng)前任務(wù)的地址，在設(shè)計(jì)的?？臻g管理器中，SP指向?？臻g的下一個(gè)存儲(chǔ)單元的地址。如果入?？刂菩盘?hào)有效，則SP作為棧空間的尋址地址，寫入數(shù)據(jù)，SP加1；如果出?？刂菩盘?hào)有效，則SP減1，改變后的SP值作為棧空間的尋址地址，讀出數(shù)據(jù)。操作完成后，改變后的SP值寫回到對(duì)應(yīng)的堆棧地址寄存器組Pregx中。

　　4 仿真結(jié)果分析

　　本?？臻g管理器容量為10 KB，寬度為16 bit。在ISE 8.2i開發(fā)軟件中進(jìn)行了綜合和仿真，設(shè)計(jì)中使用了294個(gè)Slices芯片、396個(gè)觸發(fā)器芯片、274個(gè)input LUTs、60個(gè)bounded IOBs、1個(gè)塊BRAMs。

　　仿真時(shí)，輸入十進(jìn)制數(shù)的數(shù)據(jù)，圖6為系統(tǒng)時(shí)序仿真波形圖。

　　(1)當(dāng)INT無效時(shí)，即系統(tǒng)中不存在中斷或中斷嵌套。在push有效的情況下，置prio信號(hào)值為2，data_in信號(hào)值分別為32 768、57 908。仿真時(shí)，輸出結(jié)果為：used信號(hào)值分別為1、2，而ostcbstkptr信號(hào)值分別為128、129；同理，在pop有效情況下，置prio信號(hào)值為2，觀察仿真結(jié)果為：dout_out信號(hào)值分別為32 768、57 908，used的信號(hào)值分別為1、0， ostcbstkptr信號(hào)值分別為129、128。由此可得，在無中斷處理的條件下，根據(jù)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)prio，按LIFO原則在任務(wù)棧中寫入和讀出數(shù)據(jù)，并且每次的有效操作同時(shí)修改當(dāng)前任務(wù)的used和ostcbstkptr信號(hào)值。

　　(2)當(dāng)INT 有效時(shí)，即系統(tǒng)中產(chǎn)生中斷或存在中斷嵌套。在push有效的情況下，置prio信號(hào)值為6及data_in信號(hào)值為8192，觀察仿真結(jié)果為：used信號(hào)值依次為1、2、3、4，ostcbstkptr信號(hào)值依次為576、577、578、579；同理，在pop有效情況下，置prio為6，此時(shí)的仿真結(jié)果：data_out信號(hào)值為8192，used信號(hào)值依次輸出4、3、2、1，ostcbstkptr信號(hào)值依次輸出579、578、577、576。由此可得，當(dāng)系統(tǒng)中產(chǎn)生中斷或存在中斷嵌套，按LIFO原則在中斷嵌套棧中寫入和讀出數(shù)據(jù)，并且每次有效操作同時(shí)修改中斷嵌套棧的used和ostcbstkptr的值。

　　由以上結(jié)果分析可知，該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了?？臻g管理器的正確性，符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。

　　本文分析了堆棧空間結(jié)構(gòu)及對(duì)被切換任務(wù)相應(yīng)數(shù)據(jù)信息的保護(hù)，并對(duì)堆?？臻g進(jìn)行了合理的結(jié)構(gòu)劃分。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明了該系統(tǒng)的可行性和穩(wěn)定性。?？臻g管理器能有效節(jié)約硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)分配堆?？臻g的時(shí)間，減少RAM存儲(chǔ)空間。從硬件角度上看，簡化了設(shè)計(jì)，降低了成本，具有一定的使用價(jià)值。目前只在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上仿真，下一步擬將?？臻g管理器的IP核應(yīng)用于硬實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以提高操作系統(tǒng)的運(yùn)行效率。