uCOSii中断处理过程详解(一).doc

一. UCOSII的中断过程简介 系统接收到中断请求后，如果CPU处于开中断状态，系统就会中止正在运行的当前任务，而按中断向量的指向去运行中断服务子程序，当中断服务子程序运行完成后，系统会根据具体情况返回到被中止的任务继续运行，或转向另一个中断优先级别更高的就绪任务。 由于UCOS II是可剥夺型的内核，所以中断服务程序结束后，系统会根据实际情况进行一次任务调度，如果有优先级更高的任务，就去执行优先级更高的任务，而不一定要返回被中断了的任务。 二UCOSII的中断过程的示意图 三具体中断过程 1中断到来，如果被CPU识别，CPU将查中断向量表，根据中断向量表，获得中断服务子程序的入口地址。 2将CPU寄存器的内容压入当前任务的任务堆栈中（依处理器的而定，也可能压入被压入被中断了的任务堆栈中。 3通知操作系统将进入中断服务子程序。即：调用OSIntEnter()或OSIntNesting直接 加1。 4If（OSIntNesting=1） OSTCBCur-OSTCBStrPtr=SP; /如果是第一层中断,则将堆栈指针保存到被中断任务的任务控制块中 5清中断源,否则在开中断后,这类中断将反复的打入,导致系统崩贵 6执行用户ISR 7中断服务完成后,调用OSIntExit()如果没有高优先级的任务被中断服务子程序激活而进入就绪态,那么就执行被中断了的任务,且只占用很短的时间 8恢复所有CPU寄存器的值 9执行中断返回指令 四相关代码 与编译器相关的数据类型: typedef unsigned char BOOLEAN; typedef unsigned char INT8U; typedef unsigned int OS_STK; /堆栈入口宽度为16 位 (一) void OSIntEnter (void)的理解 uCOS_II.H中定义: #ifdef OS_GLOBALS #define OS_EXT #else #define OS_EXT extern #endif /定义全局宏OS_EXT #ifndef TRUE #define TRUE 1 #endif OS_EXT BOOLEAN OSRunning; /定义外部BOOLEAN类型全局变量,用来指示 /核是否在运行 OS_EXT INT8U OSIntNesting;/定义外部8位无符号整型数全局变量,用来表 /示中断嵌套层数 OS_CORE.C中的OSIntEnter()函数原型: void OSIntEnter (void) if (OSRunning = TRUE) /如果内核正在运行则进入if if (OSIntNesting OSTCBStkPtr = SP; / 如果是第一层中断,则将被中断任务 /的堆栈指针保存在被中断任务的任务 /任务控制块中 关于uCOS-II的中断服务程序（ISR）中必须加“OSIntNesting = 1”的原因 =避免调整堆栈指针.出现这个问题的根源是当低优先级的任务被中断，当中断完成后由于有高优先级的任务就绪，则必须调度高优先级的任务,原来的低优先级任务继续被中断着，但是此时的低优先级任务的堆栈已经被破坏，已不能被调度程序直接调度了，要想被调度而必须调整堆栈指针。如下图所示的场景: 问题分析：要想理解加上上面两句的原因，不妨假设有下面场景出现： void MyTask(void) . 该任务在执行过程中被中断打断，下面是它的服务子程序 void MyISR(void) 保存现场（PUSHA) OSIntEnter(); / 此时的堆栈指针是正确的，再往下就不对了，应该在此处保存用户任务堆栈指针 OSIntExit(); 恢复现场（POPA） 中断返回 OSIntExit()，大体如下: OSIntExit() OS_ENTER_CRITICAL(); if( OSIntNesting=0 & OSLockNesting = 0 ) 找到目前系统中就绪表中优先级最的任务 如果不是当前任务，则调度它执行 OSIntCtxSw(); OS_EXIT_CRITICAL(); 综上所述，任务调用链如下： MyTask - MyISR - OSIntExit - OS_ENTER_CRITICAL(); OSIntCtxSw(); 然而在实际的移植过程中，需要调整的指针偏移量是与编译器相关的，如果想要避免调整，显然一个简单的方法就是在调用OSIntExit之前先把堆栈指针保存下来，以后调度该用户任务时，直接从此恢复堆栈指针，而不再管实际的堆栈内容了（因为下面的内容相对于调度程序来说已经没有用处了) (三) void OSIntExit (void)的理解 OS_CPU.H中的宏定义: typedef unsigned short OS_CPU_SR; /定义OS_CPU_SR为16位的CPU状态寄存器 #if OS_CRITICAL_METHOD = 1 #define OS_ENTER_CRITICAL() asm CLI / OS_ENTER_CRITICAL()即为将处理器标志 /寄存器的中断标志为清0,不允许中断 #define OS_EXIT_CRITICAL() asm STI / OS_ENTER_CRITICAL()即为将处理器标志 /寄存器的中断标志为置1,允许中断 #endif /此一整段代码定义为开关中断的方式一 #if OS_CRITICAL_METHOD = 2 #define OS_ENTER_CRITICAL() asm PUSHF; CLI /将当前任务的CPU的标志寄存器入 /然后再将中断标志位清0 #define OS_EXIT_CRITICAL() asm POPF /将先前压栈的标志寄存器的值出栈,恢复 /到先前的状态,如果先前允许中断则现在 /仍允许,先前不允许现在仍不允许 #endif /此一整段代码定义为开关中断的方式二 #if OS_CRITICAL_METHOD = 3 #define OS_ENTER_CRITICAL() (cpu_sr = OSCPUSaveSR() /保存CPU的状态寄存器到 /变量cpu_sr中,cpu_sr /为OS_CPU_SR型变量 #define OS_EXIT_CRITICAL() (OSCPURestoreSR(cpu_sr)/ 从cpu_sr中恢复状态寄存 /器 #endif /此一整段代码定义为开关中断的方式三, /此段代码只是示意代码,OSCPUSaveSR()及 /OSCPURestoreSR(cpu_sr)具体什么函数由 /用户编译器所提供的函数决定. /以上宏定义非常重要,在使用不同处理器时要使用相应处理器的开关中断指令,在代码移/植时很有用 uCOS_II.H中定义: OS_EXT INT8U OSLockNesting; /8位无符号全局整数,表示锁定嵌套计数器 void OSIntExit (void) #if OS_CRITICAL_METHOD = 3 OS_CPU_SR cpu_sr; #endif /采用开关中断方式三 if (OSRunning = TRUE) /如果内核正在运行,则进入if OS_ENTER_CRITICAL();/进入临界段,关中断 if (OSIntNesting 0) /判断最外层中断任务是否已完成 OSIntNesting-;/由于此层中断任务已完成,中断嵌套计数器减/一 if (OSIntNesting = 0) & (OSLockNesting = 0) / OSIntNesting=0表示程序的最外层中断任务以完成, OSLockNesting = 0 /表示是否存在任务锁定,整句代码的意思是如果全部中断处理完了且没有其他 /任务锁定任务调度则执行下列任务调度代码 OSIntExitY = OSUnMapTblOSRdyGrp; /1 OSPrioHighRdy = (INT8U)(OSIntExitY 3) + OSUnMapTblOSRdyTblOSIntExitY); /2 if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) /3 OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTblOSPrioHighRdy; OSCtxSwCtr+; OSIntCtxSw(); OS_EXIT_CRITICAL();/开中断 要理解1,2,3处的代码含义.首先要理解任务是如何调度的,所以先讲一下任务调度的核心算法: a.数据结构: 1.就绪表:就绪表包含两个变量,他们分别是OSRdyGrp(在uCOS_II.H中为OS_EXT INT8U OSRdyGrp;即8位无符号整型的全局变量)和OSRdyTb1(在uCOS_II.H中为OS_EXT INT8U OSRdyTblOS_RDY_TBL_SIZE;) 先分析 OS_EXT INT8U OSRdyTblOS_RDY_TBL_SIZE;是怎么回事 #define OS_LOWEST_PRIO 12 /在OS_CFG.H中 这个宏定义了任务所能具有的最低优先级，那么此处共有从0到12共13个优先级，用户在代码移植时可以修改它，自定义所需要的优先级个数，但max（OS_LOWEST_PRIO）=63 #define OS_RDY_TBL_SIZE (OS_LOWEST_PRIO) / 8 + 1) /在uCOS_II.中 OS_RDY_TBL_SIZE用于确定数组OSRdyTbl的大小，如果OS_LOWEST_PRIO=63，则上述宏实际上为#define OS_RDY_TBL_SIZE 8，由于每个数组元素为8位，如果每一位表示一个优先级，则共有8*8=64个优先级 现在回到就绪表，操作系统将优先级分为8组,优先级从0到7分为第一组,对应于OSRdyGrp的第0位,从8到15分为第二组,对应于OSRdyGrp的第1位,以此类推,64个优先级就有下面的对应关系(OSRdyTb1每组元素的每一位代表一个优先级): OSRdyTb10-优先级从0到7-OSRdyGrp第0位 OSRdyTb11-优先级从8到15-OSRdyGrp第1位 OSRdyTb12-优先级从16到23-OSRdyGrp第2位 OSRdyTb13-优先级从24到31-OSRdyGrp第3位 OSRdyTb14-优先级从32到39-OSRdyGrp第4位 OSRdyTb15-优先级从40到47-OSRdyGrp第5位 OSRdyTb16-优先级从48到55-OSRdyGrp第6位 OSRdyTb17-优先级从55到63-OSRdyGrp第7位 现在再做如下对应: 当OSRdyTbl0中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第0位置1， 当OSRdyTbl1中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第1位置1， 当OSRdyTbl2中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第2位置1， 当OSRdyTbl3中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第3位置1， 当OSRdyTbl4中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第4位置1， 当OSRdyTbl5中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第5位置1， 当OSRdyTbl6中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第6位置1， 当OSRdyTbl7中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第7位置1， 如果置1表示有任务进入就绪态,那么上面的表可以理解为:OSRdyGrp的第N位(0=N1;/将二进制数右移一位 pos+;/进行一次移位,则pos加一 最后得到的pos就是所有位中为1的最低位的偏移量，但这样计算需要时间，尽管最多右移7次。为了节省时间，使用的方法是“空间换时间”的办法，即把8位无符号数，所有可能的情况的都列了出来，共有256个数字，把每个数字的最低为1位的位置都预先计算好。比如4对应二进制数为100,最低为1位相对第0位偏移量为2,则查表时,以4为索引，马上就得到2这个数字。(即:OSUnMapTb14=2) b.构建OSRdyGrp和OSRdyTb1算法: 代码原型在OS_CORE.C中,实际代码大致如下:（prio为任务优先级） INT8U OS_TCBInit (INT8U prio, OS_STK *ptos, OS_STK *pbos, INT16U id, INT32U stk_size, void *pext, INT16U opt) ptcb-OSTCBY = prio 3; ptcb-OSTCBBitY = OSMapTblptcb-OSTCBY; ptcb-OSTCBX = prio & 0x07; ptcb-OSTCBBitX = OSMapTblptcb-OSTCBX; . OSRdyGrp |= ptcb-OSTCBBitY; OSRdyTblptcb-OSTCBY |= ptcb-OSTCBBitX; . /此函数在创建任务时被调用，即OSTaskCreate（.）中,用于初始化任务控制块 以上代码可以等效于： OSRdyGrp |= OSMapTblprio3； OSRdyTb1prio3 |= OSMapTblprio&0x07； 此处 prio 3 是右移3位，就相当于连续除以3个2，因此相当于：prio / 8 ； prio & 0x07 是求低3位的值，而由高5位构成的值正好是8的整数倍，因此是取余运算， 即：prio % 8 因此又可将算法等效为： OSRdyGrp |= OSMapTblprio / 8； OSRdyTb1prio / 8 |= OSMapTblprio % 8； 算法的作用相当于如下流程：（假定prio=28） 就这样把任务的优先级放入了就绪表.在此我产生一个疑问,”prio3与prio&0x07并不直观,为什么不用prio/8与prio%8呢?”我做如下解释: 处理器一般具有如下结构 累加器是具有移位功能的,prio3可以在累加器中完成而不必进入ALU,而prio/8则不同,要进入ALU,ALU处理速度不如累加器,如果采用prio/8将降低操作系统的实时性,同样prio&0x07只是一个间单的位与操作,而prio%8则还要经过ALU,如采用prio%8也将降低实时性 现在回到OSIntExit()处,看1,2,3处的代码: OSIntExitY = OSUnMapTblOSRdyGrp; /1 OSPrioHighRdy = (INT8U)(OSIntExitY 3) + OSUnMapTblOSRdyTblOSIntExitY);/2 if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) /3 OSTCBHighRdy = OSTCBP