MC68K的C編譯器實(shí)現(xiàn)μC/OS-II向MC68K移值解析方案

2.開關(guān)中斷的方法

在μC/OS -II中，開關(guān)中斷是非常重要的，它可以保證關(guān)鍵代碼或訪問全局變量時(shí)不受中斷的意外影響。CPU32的中斷控制比較復(fù)雜，提供了7級(jí)具有不同級(jí)別的中斷;可以選擇關(guān)閉或打開某幾級(jí)中斷。但多級(jí)中斷會(huì)使得μC/OS-II的中斷處理變得復(fù)雜。在簡(jiǎn)單的應(yīng)用或初次嘗試移植μC/OS-II時(shí)，可以使用全開全關(guān)的方法。

如果考慮多級(jí)中斷，必須注意到中斷開關(guān)級(jí)別的控制是一個(gè)重要的信息，在關(guān)閉中斷之前需要將這個(gè)信息保存起來，在對(duì)應(yīng)的開中斷時(shí)恢復(fù)這個(gè)中斷級(jí)別控制信息。最容易想到的方法是用一個(gè)全局變量存存這個(gè)信息。

使用這個(gè)方法的程序如下：

#define OS_EXIT_CRITICAL() asm move SR_TEMP,sr;

#define OS_ENTER_CRITICAL() asm move.w SR,SR_TEMP;

asm ori.w #0x0700,SR;

接著構(gòu)造兩個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)分別向屏幕輸出一句話，同時(shí)修改內(nèi)核的代碼，讓空閑任務(wù)也輸出一句話。運(yùn)行內(nèi)核，通常在幾分鐘內(nèi)會(huì)發(fā)現(xiàn)內(nèi)核停止調(diào)試，只有空閑任務(wù)不停地向屏幕輸出。這種情況非常麻煩，因?yàn)楦鶕?jù)無法通過調(diào)試手段判斷何時(shí)何處導(dǎo)致內(nèi)核停止調(diào)度。

分析一下，當(dāng)只有空閑任務(wù)運(yùn)行時(shí)，代碼為：

move.w sr,sr_temp

ori.w #0700,sr

addi.1 #1,OSIdleCtr

move.w sr_temp,sr

jmp ****

這5句語句在循環(huán)運(yùn)行，而中斷(這時(shí)只有定時(shí)中斷)可以在任意一句語句中間切入。那么，如果在MOVE.W SR，SR_TEMP的時(shí)候產(chǎn)生了中斷，就會(huì)執(zhí)行中斷(因?yàn)檎P(guān)中斷，但還沒有關(guān)上);而中斷程序調(diào)用的OSIntENTER和OSIntEXIT都會(huì)調(diào)用 OS_ENTER_CRITICAL()來關(guān)閉中斷，遞增中斷嵌套層數(shù)全局變量。這時(shí)，再次執(zhí)行MOVE.W SR，SR_TEMP變量就被改寫成關(guān)中斷的值，當(dāng)從中斷返回到IDLE任務(wù)執(zhí)行MOVE.W SR_TEMP，SR時(shí)，就關(guān)閉了中斷，而不是恢復(fù)原來的狀態(tài)寄存器。這樣就導(dǎo)致內(nèi)核無法響應(yīng)中斷，無法調(diào)度任務(wù)，只有IDLE任務(wù)在運(yùn)行。

如何解決?最容易想到的方法是再增加一個(gè)全局變量，用來保存進(jìn)入中斷時(shí)的中斷開關(guān)信息，退出中斷恢復(fù)這個(gè)信息;但如果考慮到中斷嵌套，相同的情況又出現(xiàn)了，并且如果一個(gè)任務(wù)在執(zhí)行MOVE.W SR，SR_TEMP時(shí)被中斷打斷并且發(fā)生了任務(wù)調(diào)度，那么當(dāng)個(gè)任務(wù)恢復(fù)時(shí)，它使用的中斷信息SR_TEMP可以已經(jīng)是被其他任務(wù)更改后的值了。內(nèi)核無法響應(yīng)中斷，無法調(diào)度的任務(wù)可能依然存在。

給每個(gè)任務(wù)和中斷都定義一個(gè)這樣的全局變量，在不考慮中斷嵌套的情況下似乎可以解決問題，但想象一下為每一個(gè)任務(wù)和中斷提供一個(gè)單獨(dú)的OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()函數(shù)所帶來的工作量。顯然這不一個(gè)好辦法。

將中斷信息推入堆棧是一個(gè)好主意，但我們會(huì)看到由此帶來的一些更加隱蔽而復(fù)雜的問題。實(shí)現(xiàn)這個(gè)方法的程序代碼如下：

#define OS_ENTER_CRITICAL() asm move SR,-(A7);

asm ori.w #0x0700,SR;

#define OS_EXIT_CRITICAL() asm move (A7)+,sr;

這樣，每次調(diào)用OS_ENTER_CRITICAL()，都將當(dāng)前的中斷開關(guān)信息保存到當(dāng)前任務(wù)堆?；蛳到y(tǒng)堆棧中斷OS_EXIT_CRITICAL()時(shí)，恢復(fù)這個(gè)信息。

使用了這個(gè)方法后，必須小心地計(jì)算堆棧的使用情況，修改OS_CPU_A.ASM和 OS_CPU_C.C文件里的函數(shù)。以O(shè)SIntCtxSw()函數(shù)為例，這個(gè)函數(shù)將導(dǎo)致中斷級(jí)的任務(wù)調(diào)度，即被中斷打斷的程序不能繼續(xù)運(yùn)行，退出中斷中另一個(gè)優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)得以運(yùn)行。在這個(gè)函數(shù)中必須對(duì)被中斷的任務(wù)堆棧進(jìn)行清理，使得這個(gè)任務(wù)的堆?？雌饋砗鸵淮握５娜蝿?wù)切換后的情況相同，這樣，才能保證這個(gè)任務(wù)被正確地恢復(fù)運(yùn)行。OSIntCtxSw()函數(shù)僅僅在 OSICntExit()函數(shù)中被調(diào)用。

須指出的是，在中斷發(fā)生時(shí)，CPU32已經(jīng)將全部的寄存器和狀態(tài)寄存器，PC指針內(nèi)容保存到了堆棧中，這樣已經(jīng)為被打斷的任務(wù)的恢復(fù)作好了準(zhǔn)備。如果按照正常的中斷流程，在退出中斷時(shí)，被打斷的任務(wù)應(yīng)該恢復(fù)運(yùn)行?，F(xiàn)在，由于執(zhí)行了中斷級(jí)的任務(wù)切換，被打斷的任務(wù)不能立刻恢復(fù)，而是被掛起，這就要求在執(zhí)行任務(wù)調(diào)度前調(diào)整堆棧，使得被中斷打斷的任務(wù)處于隨時(shí)可以被恢復(fù)的狀態(tài)。

在中斷處理程序中，當(dāng)執(zhí)行到OSIntExit()時(shí)，堆棧的情況和剛剛進(jìn)入中斷還是相同的，是能夠隨時(shí)恢復(fù)被打斷的任務(wù)的情況。那么，只需要忽略 OSIntExit()函數(shù)造成的堆棧變化。首先，是OSIntExit()函數(shù)本身的返回地址，長度為2個(gè)字;調(diào)用OS_ENTER_CRITICAL ()壓入堆棧的狀態(tài)寄存器，長度為1個(gè)字;最后，是OSIntCtxSw()函數(shù)的返回地址，長度為2個(gè)字。那么在OSIntCtxSw()進(jìn)行任務(wù)切換時(shí)，首先要把這5個(gè)字的堆棧的內(nèi)容清除，才能保證被中斷任務(wù)的正確恢復(fù)。該語句如下：

ADDA #10，A7;

在完成了這些調(diào)整后，由于開關(guān)中斷可能導(dǎo)致的內(nèi)核調(diào)度死鎖的可能已經(jīng)不存在了。但是在這種情況下，另一個(gè)更加隱蔽的問題會(huì)出現(xiàn)，這個(gè)問題又是和使用的C編碼器相關(guān)的。

問題出現(xiàn)在使用OSSemPend()函數(shù)時(shí)，一旦調(diào)用這個(gè)函數(shù)，CPU就會(huì)出現(xiàn)地址錯(cuò)誤而進(jìn)入異常處理，內(nèi)核被終止。這個(gè)問題相當(dāng)奇怪，因?yàn)椋?OSSemPend()函數(shù)完全是一個(gè)C語言寫成的子函數(shù)，函數(shù)本身不應(yīng)出現(xiàn)地址錯(cuò)誤。通過閱讀編譯器編譯出來的目標(biāo)碼發(fā)現(xiàn)了問題。EmPend()函數(shù)，發(fā)現(xiàn)這個(gè)函數(shù)沒有任何局部變量。在進(jìn)入OSSemPend()函數(shù)時(shí)，編譯器不需要產(chǎn)生LINK指令來提供局部變量空間。所有的參數(shù)都是使用帶偏移量的地址寄存器間接尋址方式直接從堆棧中取得，而且使用的地址寄存器就是A7寄存器。問題可能就在這里，OS_ENTER_CRITICAL()和 OS_EXIT_CRITICAL()對(duì)堆棧的操作都會(huì)調(diào)整A7寄存器，這就會(huì)導(dǎo)致下面的語句在利用A7作寄存器間接尋址時(shí)發(fā)生錯(cuò)亂，出現(xiàn)地址錯(cuò)誤。

這需要詳細(xì)研究編譯器的特性。我們使用的HIWARE的編譯器實(shí)際上已經(jīng)考慮到了這一點(diǎn)，當(dāng)調(diào)用 OS_ENTER_CRITICAL()或 OS_EXIT_CRITICAL()函數(shù)更加了A7寄存器后，使用A7的地址寄存器間接尋址也會(huì)做出相應(yīng)的調(diào)整，保證仍然能夠得到函數(shù)調(diào)用時(shí)傳遞的變量。每出現(xiàn)一個(gè)OS_ENTER_CRITICAL()，接下來的A7寄存器間接尋址的偏移量就會(huì)加2;每出現(xiàn)一個(gè)OS_EXIT_CRITICAL ()，接下來的A7寄存器間接尋址的偏移量就會(huì)減2。但是問題卻依然存在，對(duì)OSSemPend()的調(diào)用會(huì)導(dǎo)致地址錯(cuò)誤，這應(yīng)該是一個(gè)更深層次的錯(cuò)誤。

這個(gè)問題的解決方法是：定義一個(gè)局部變量，迫使編譯器生成LINK指令，構(gòu)造內(nèi)部參數(shù)尋址指針A6，這樣調(diào)用OS_ENTER_CRITICAL()或OS_EXIT_CRITICAL()時(shí)，更動(dòng)的只是A7，而對(duì)參數(shù)尋址用的是A6，不受影響。

如果強(qiáng)迫編譯器在調(diào)用函數(shù)時(shí)都加上LINK和UNLINK指令也可以解決這個(gè)問題，但是又會(huì)面臨最先提到的編譯器的優(yōu)化選項(xiàng)問題。可以看出，編譯器的特性對(duì)移植μC/OS-II是非常重要的，并且往往這些特性是相互制約的。

在移植和運(yùn)行μC/OS-II的過程中，也許還會(huì)有新的問題出現(xiàn)，遇到問題時(shí)只要仔細(xì)分析，分析堆棧的使用、中斷的影響，分析編譯生成的代碼，就可以實(shí)現(xiàn)μC/OS-II的穩(wěn)定可靠運(yùn)行.