(2) 中斷級(jí)的任務(wù)切換原理

μC/OS-II的中斷服務(wù)子程序和一般前后臺(tái)的操作有少許不同，往往需要這樣操作：

保存全部CPU寄存器

調(diào)用OSIntEnter()或OSIntNesting++

開(kāi)放中斷

執(zhí)行用戶代碼

關(guān)閉中斷

調(diào)用OSIntExit();

恢復(fù)所有CPU寄存器

RETI

OSIntEnter()就是將全局變量OSIntNesting加1。OSIntNesting是中斷嵌套層數(shù)的變量。μC/OS-II通過(guò)它確保在中斷嵌套的時(shí)候，不進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。執(zhí)行完用戶的代碼后，μC/OS-II調(diào)用OSIntExit()，一個(gè)與OSSched()很像的函數(shù)。在這個(gè)函數(shù)中，系統(tǒng)首先把OSIntNesting減1，然后判斷是否中斷嵌套。如果不是的話，并且當(dāng)前任務(wù)不是最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，那么找到優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)，執(zhí)行OSIntCtxSw()這一出中斷任務(wù)切換函數(shù)。因?yàn)?，在這之前已經(jīng)做好了壓棧工作；在這個(gè)函數(shù)中，要進(jìn)行R15~R4的出棧工作。而且，由于在之前調(diào)用函數(shù)的時(shí)候，可能已經(jīng)有一些寄存器被壓入了堆棧。所以要進(jìn)行堆棧指針的調(diào)整，使得能夠從正確的位置出棧。

3 使用μC/OS-II存在的問(wèn)題和解決方法

由于μC/OS-II在應(yīng)用的時(shí)候會(huì)占用單片機(jī)上的一些資源，如系統(tǒng)時(shí)鐘、RAM、Flash或者ROM，從而減少了用戶程序?qū)Y源的利用。對(duì)于MSP430來(lái)說(shuō)，RAM的占用是特別突出的問(wèn)題。對(duì)于8、16位的單片機(jī)來(lái)說(shuō)，片內(nèi)的RAM容量都很小，MSP430也是如此（最大的片內(nèi)RAM也只有2KB，例如MSP430F149）。如果使用擴(kuò)展內(nèi)存，會(huì)大大增加設(shè)計(jì)難度。

通過(guò)對(duì)μC/OS-II的分析可以得知，μC/OS-II占用的RAM主要是用在每個(gè)任務(wù)的TCB、每個(gè)任務(wù)的堆棧等方面。通過(guò)進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)任務(wù)堆棧大的原因是因?yàn)镸SP430的硬件設(shè)計(jì)中沒(méi)有把中斷堆棧和任務(wù)堆棧分開(kāi)。這樣就造成了在應(yīng)用μC/OS-II的時(shí)候，考慮每個(gè)任務(wù)的任務(wù)堆棧大小時(shí)，不單單需要計(jì)算任務(wù)中局部變量和函數(shù)嵌套層數(shù)，還需要考慮中斷的最大嵌套層數(shù)。因?yàn)椋瑢?duì)于μC/OS-II原始的中斷處理的設(shè)計(jì)、中斷處理過(guò)程中的中斷嵌套中所需要壓棧的寄存器大小和局部變量的內(nèi)存大小，都需要算在每個(gè)任務(wù)的任務(wù)堆棧中，則對(duì)于每一個(gè)任務(wù)都需要預(yù)留這一部分內(nèi)存，所以大量的RAM被浪費(fèi)。從這里可以看出，解決這一問(wèn)題的直接方法就是把中斷堆棧和每個(gè)任務(wù)自己的堆棧分開(kāi)。這樣，在計(jì)算每個(gè)任務(wù)堆棧的時(shí)候，就不需要把中斷處理中（包括中斷嵌套過(guò)程中）的內(nèi)存的占用計(jì)算到每個(gè)任務(wù)的任務(wù)堆棧中，只需要計(jì)算每個(gè)任務(wù)本身需要的內(nèi)存大小，從而提高了RAM的利用率，可以緩解內(nèi)存緊張的問(wèn)題。

在這種設(shè)計(jì)方案中，中斷堆棧區(qū)也就是利用原有的MSP430中的系統(tǒng)堆棧區(qū)。在前后臺(tái)的設(shè)計(jì)形式中，中斷中的壓棧和出棧的操作都是在系統(tǒng)的堆棧區(qū)完成的?；讦藽/OS-II的任務(wù)切換的原理，我們對(duì)于任務(wù)堆棧的功能和系統(tǒng)堆棧的功能做了以下劃分：任務(wù)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生中斷和任務(wù)切換的時(shí)候，PC和SR以及寄存器Rx都保存在各個(gè)任務(wù)自己的任務(wù)堆棧中；而中斷嵌套產(chǎn)生的壓棧和出棧的操作都是放在系統(tǒng)堆棧中進(jìn)行的。這種劃分方式是基于盡量將中斷任務(wù)與普通任務(wù)分開(kāi)的思想設(shè)計(jì)的。

從前面對(duì)于IAR EW的默認(rèn)操作分析來(lái)看，堆棧的結(jié)構(gòu)可以有兩種。一種是把μC/OS-II的任務(wù)堆棧設(shè)計(jì)成圖1所示的形式。這種方法是把編譯器默認(rèn)的壓棧操作放在前面，然后再把剩下的寄存器進(jìn)棧。但是，由于編譯器在處理復(fù)雜程度不同的中斷服務(wù)程序的時(shí)候，壓入棧的寄存器的數(shù)量不定，所以會(huì)對(duì)以后其余寄存器的壓棧和出棧操作增加復(fù)雜度。這里，我們采用了圖2所示的方式生成堆棧。在這種堆棧中，PC和SR壓棧后，通過(guò)調(diào)整SP指針，使得R4~R15寄存器覆蓋編譯器默認(rèn)壓棧的寄存器。這樣，處理的難度會(huì)小一點(diǎn)。

對(duì)于這樣的設(shè)計(jì)方式，CPU必須能夠：

◆ 有相應(yīng)的CPU寄存器能夠模仿SP的一些功能，能使用相應(yīng)的指令來(lái)完成類似SP的一些操作；

◆ 作為SP使用的寄存器在編譯過(guò)程中最好不被編譯器默認(rèn)使用。在IAR的編譯器中，有一個(gè)選項(xiàng)可以避免在編譯過(guò)程中使用到R4、R5。

這兩點(diǎn)MSP430都可以做到。

下面對(duì)一個(gè)正在運(yùn)行的優(yōu)先級(jí)為6的任務(wù)中斷后，會(huì)發(fā)生的幾種情況進(jìn)行分析。

1） 在中斷的處理過(guò)程中沒(méi)有更高優(yōu)先級(jí)的中斷產(chǎn)生，即不會(huì)產(chǎn)生中斷嵌套。

圖3所示為中斷發(fā)生后對(duì)于任務(wù)優(yōu)先級(jí)為6的任務(wù)堆棧所進(jìn)行的操作。中斷發(fā)生后，PC和SR被系統(tǒng)壓棧②，對(duì)于IAR C編譯器來(lái)說(shuō)，會(huì)按照復(fù)雜度不同的中斷服務(wù)程序的要求，默認(rèn)地進(jìn)行一些寄存器的壓棧操作③。因?yàn)槲覀円蟮亩褩８袷绞侨鐖D2所示的，我們要把SP調(diào)整到SR后面④，然后進(jìn)行R4~R15的壓棧操作，形成我們所要求的堆棧格式⑤。

進(jìn)行任務(wù)堆棧的壓棧工作以后，就可以調(diào)整SP的指針到系統(tǒng)堆棧了，如圖4所示。壓棧后的SP指向最后一個(gè)壓棧內(nèi)容①。我們把SP的值賦值給優(yōu)先級(jí)6任務(wù)的TCB->OSTCBStkPtr，以便進(jìn)行任務(wù)調(diào)度的時(shí)候出棧使用②。接著，就把SP調(diào)整到系統(tǒng)堆棧處③。在中斷處理過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)壓棧的操作，那么這種情況下SP的指針會(huì)隨之移動(dòng)。由于現(xiàn)在是中斷堆棧中，所以不會(huì)破壞任務(wù)堆棧的格式。