扯扯任务切换

dj狂人

扯扯任务切换 [复制链接]

 

                                                 扯扯任务切换

最近在玩STM32,32位的单片机，寄存器太多了，直接面对寄存器不太适合我这种初学者，也由于实验室的一些原因，所以直接从OS开始学习，这次学习的系统叫msOS,可以说他是从ucOS的精简出来，只有两个任务，逻辑任务（logic）和界面任务（menu）,当然少不了消息机制等，麻雀虽小，五脏俱全。

下面我来说说在这个系统的学习过程中我对任务切换的了解。在开始之前我们首先来科普下：

1.栈

栈是一种先进后出的数据结构。一般栈是由高地址向低地址生长的，这也就是为什么经常会有人说往栈里加入数据时，栈顶下降，而从栈里取出数据时栈顶上升。

2.中断

基于cortex内核的单片机发生中断时，会有一个保护现场的动作，就是自动

把一些数据压入栈中，其中首先入栈的是状态寄存器（XPSR）中的数据，接着是PC，然后是LR、R12、R3、R2、R1、R0，这八个寄存器中的数据压栈完毕之后，栈顶地址由MSP/PSP保存，那么退出中断后从MSP/PSP里得到的栈顶地址就可以把数据重新加载回相应的寄存器中，其中就包含返回断点的断点地址，因为这一步涉及PC指针的赋值，所以一般任务切换都是从这里着手。（PS:XPSR是状态寄存器；PC寄存器保存的是中断退出时的返回地址；R3-R0在父函数调用子函数时用于函数传递，所以中断的时候会把它们里面的数据也一起压栈）

    我们都知道单片机里面程序准确的说是指令存储在程序存储空间（flash）里面，而单片机从哪取出指令是由PC指针的指向决定的，可以这么理解PC指向哪程序就运行到哪，那么如果我们想要从A任务切换到B任务的话，只要把原本指向A任务的PC指向B就可以了，当然在切换的时候要保存当前A任务执行时产生的一些数据，而从B任务切换回A任务也是同样的道理，这样的话我们就需要用到两个栈来分别保存A任务和B任务运行时产生的数据。那么好，基于以上的简单了解，下面我们来看看该怎么样实现任务切换。

    首先，我们要创建两个栈分别用于保存A任务和B任务运行时产生的数据，并进行如下初始化（为了不绕，现用a表示任务A中的某一条指令的地址，b表示任务B中的某一条指令的地址,也就是当把a赋值给PC时，PC指向A任务，准确的说应该是单片机执行A任务，b同理。）：

这两个栈各有64个字节的空间，其中栈底往下32个字节用于保存中断发生时单片机自动保存数据，后32个字节主要是考虑到当程序运行产生的数据过多时，用于保存R4-R11这八个寄存器中的数据（这部分数据是手动保存的）。

     当系统开始运行的时候，会一直在优先级最低的任务中循环，每当节拍到来的时候进入节拍函数程序段执行，只有在需要的时候才会切换任务。那么现在我们假设任务A的优先级最低，假如在执行A任务的时候突然进来一个消息，需要执行B任务进行处理，单片机会触发中断，然后cpu会自动把当前的一些数据压入栈中，cortex内核的单片机第一次进入中断时默认把数据压入MSP,接着执行中断服务程序，在中断服务中我们可以这样处理，首先把B任务栈中自栈顶开始往上取出32个字节的数据加载到 R4-R11这八个寄存器中，再让栈顶上升8个字，然后把栈顶地址赋值给PSP,接着激活PendSV中断然后退出。中断退出后我们的单片机会自动加载一些数据到cpu里面，因为我们退出中断的时候激活了PendSV，所以单片机会根据PSP中的地址开始往上取出32个字节的数据加载到相应的寄存器中，其中就包括把b加载到PC寄存器里面，这样PC就指向了任务B，单片机开始执行B任务。这就完成了第一次切换，我们再来看后续的切换。

    因为A任务的优先级最低，所以执行完B任务之后会切换回A任务。一样的，单片机先触发中断，不过这次是把数据压入PSP指向的存储空间也就是B任务的栈中，接着执行中断服务程序，在中断服务程序里面，我们需要手动的把R4-R11这八个寄存器里的数据保存到B任务的栈里面,然后栈顶下降8个字，接着切换栈顶，切换栈顶是从B任务栈切换到A任务栈，切换到A任务栈后先把栈顶开始往上取32个字节的数据加载到R4-R11这八个寄存器里面，然后栈顶上升32个字节，再把栈顶地址赋值给PSP后退出中断，接下来单片机会根据PSP中指向的地址开始往上取出32个字节的数据加载到相应的寄存器里面，其中就包括把a加载到PC寄存器，这样子PC就指向了A任务，单片机开始执行A任务......

下面再上个图，这样可以比较形象点

上图看不太清楚的文字是：

1.触发中断时单片机自动加载XPSR、PC、R12、R3-R0中的数据到栈里面

2.进入中断服务函数后手动加载R4-R11这八个寄存器的数据到栈里面

3.切换栈之后，把新栈里面的数据从栈顶开始往上取32个字节的数据加载到R4-R11这八个寄存器中

4.退出中断后单片机自动把栈里面剩余的数据加载到XPSR、PC、R12、R3-R0这八个寄存器中

1、4步骤都是单片机自动完成的，2、3步时我们手动完成的，这样就完成了任务切换

总的来说，任务切换其实就是人为的改变PC的指向，但是因为单片机不允许我们随意的去更改PC的值，所以我们就需要用触发中断的方式更改PC指针，又任务切换的时候需要保存数据和往CPU中加载新的数据，而这个保存和加载数据的过程分自动保存/加载和手动保存/加载

在这个版块发这种帖子还是比较有压力的，毕竟前辈能人那么多，STM32和OS是刚开始接触，学的不是很深，如果有说的不对的地方还请各位指正

chenzhufly

写的不错
最近的文章都很有水准啊

dj狂人

chenzhufly 发表于 2014-12-9 15:29
写的不错
最近的文章都很有水准啊

谢谢  
文笔不行，写点东西练练

D阳光味道

谢谢楼主，学习了！

sxy4517

恩 虽然没全看懂，但是感觉很对的样子

liuxiang5119

越是理论的东西  越感觉很难一下说的清   支持个

dj狂人

liuxiang5119 发表于 2015-3-12 18:09
越是理论的东西  越感觉很难一下说的清   支持个

恩，确实。特别是自己心里面的一些东西，有时候你明明感觉在自己脑子里面已经理得很顺，但是用语言表达的时候总感觉语言组织不起来

辛昕

dj狂人 发表于 2015-3-12 20:39
恩，确实。特别是自己心里面的一些东西，有时候你明明感觉在自己脑子里面已经理得很顺，但是用语言表达的时候总感觉语言组织不起来

分点写,每一个点都尽量简单,只说一个东西,短句.

把一个事情庖丁解牛.

我自己也写过很多很长的帖子,估计很多人都没心思看或者顺着看
"只是觉得很有道理,但完全不知道重点在哪"

我现在也在思索这个问题.
如何让发的贴更加有效

dj狂人

辛昕 发表于 2015-3-16 17:01
分点写,每一个点都尽量简单,只说一个东西,短句.

把一个事情庖丁解牛.

我自己也写过很多很长的帖子,估计很多人都没心思看或者顺着看
"只是觉得很有道理,但完全不知道重点在哪"

我现在也在思索这个问题.
如何让发的贴更加有效

嗯嗯，学习了。确实，把想要把自己表达的的意思用文字写出来有讲究，不能你讲的顺畅就可以了。还的写的让人看得明白，总的来说就是把自己要表达的意思写明白来

jaygeng