SPARC結(jié)構(gòu)與實(shí)時(shí)內(nèi)核的移植

中斷堆棧

由于編譯器不能在編譯之初就給外部中斷分配一個(gè)堆棧幀，所以需要根據(jù)常規(guī)的堆棧幀模擬一個(gè)執(zhí)行中斷服務(wù)程序的棧結(jié)構(gòu)。由于中斷存在嵌套，即在中斷過(guò)程中發(fā)生更高優(yōu)先級(jí)中斷，并且在運(yùn)行中斷服務(wù)子程序的時(shí)候有可能改變被中斷線程的寄存器值，所以在中斷服務(wù)子程序中有必要進(jìn)行“保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)”和“恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)”。這樣統(tǒng)一考慮，可以將中斷的棧結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成圖2所示的結(jié)構(gòu)。其中，除了常規(guī)棧結(jié)構(gòu)以外還包括具有控制信息的幾個(gè)寄存器%psr，%pc，%npc， %y，%tbr。和被中斷線程的另外兩組寄存器，global寄存器和inputs寄存器。因?yàn)楫?dāng)進(jìn)入中斷服務(wù)子程序時(shí)，CWP已經(jīng)減小了1，所以此時(shí)的inputs寄存器應(yīng)該是被中斷線程的outputs寄存器。%g0寄存器的值永遠(yuǎn)為0，所以就不再保存。同時(shí)這樣的結(jié)構(gòu)能盡量使每組寄存器的第0個(gè)寄存器，如%i0，%l0，%g2，%o0的偏移量為8的倍數(shù)，可以使用雙字操作來(lái)優(yōu)化寄存器保存與恢復(fù)的時(shí)間。

3．任務(wù)切換功能實(shí)現(xiàn)

對(duì)于一個(gè)支持多任務(wù)的實(shí)時(shí)內(nèi)核，在實(shí)現(xiàn)移植時(shí)，最基本的任務(wù)就是用CPU支持的匯編語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)任務(wù)切換的功能，在uC/OS中就是實(shí)現(xiàn)OSCtxSw( )的功能。

任務(wù)堆棧初始化

一般內(nèi)核在創(chuàng)建新任務(wù)時(shí)都將初始化一個(gè)新的任務(wù)堆棧，其包含有該任務(wù)的入口地址信息，即在任務(wù)切換函數(shù)中需要設(shè)置的PC值。設(shè)置當(dāng)前的堆棧指針(SP)，當(dāng)前堆棧幀指針(FP），處理器狀態(tài)寄存器(PSR)中與寄存器窗口相關(guān)的值等。

任務(wù)堆棧的設(shè)計(jì)可以同中斷堆棧的結(jié)構(gòu)相同。由于任務(wù)切換更接近于子線程的調(diào)用，所以在進(jìn)行上下文切換時(shí)只需保存PSR的值和當(dāng)前窗口對(duì)應(yīng)的32個(gè)寄存器的值即可。任務(wù)堆棧相對(duì)中斷堆棧結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單。

當(dāng)前任務(wù)的SP，F(xiàn)P保存在%sp(%o6)和%fp(%i6)中，并且SPARC支持對(duì)%sp和%fp的讀寫(xiě)操作，可以將當(dāng)前的%sp值讀出由 WR指令寫(xiě)入%i6，再將(%sp-0x148)的值寫(xiě)入%o6，這樣通過(guò)分配一個(gè)大小為148H的堆棧幀完成新任務(wù)堆棧指針的初始化。

任務(wù)級(jí)切換

uC/OS中任務(wù)切換函數(shù)是由軟中斷(TA指令)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。SPARC不支持對(duì)PC的直接操作，但在發(fā)生軟中斷時(shí)，CPU會(huì)自動(dòng)將當(dāng)前PC，NPC 的值寫(xiě)入到%l1,%l2寄存器。而在中斷結(jié)束返回時(shí)，CPU再自動(dòng)將%l1,%l2的值寫(xiě)入PC，NPC。根據(jù)CPU這一操作，可以將任務(wù)的入口地址以及入口地址的下一個(gè)地址分別寫(xiě)入%l1,%l2。這樣在中斷返回后的下一條指令就是要切換任務(wù)的入口地址，從而實(shí)現(xiàn)了任務(wù)切換。

在切換函數(shù)執(zhí)行完，中斷返回時(shí)執(zhí)行語(yǔ)句“JMP %l1;RETT %l2”將新任務(wù)的入口地址寫(xiě)入到CPU的PC和NPC，完成任務(wù)級(jí)切換。

中斷級(jí)切換

如果內(nèi)核為可搶占實(shí)時(shí)內(nèi)核，任務(wù)調(diào)度（通常在中斷中被調(diào)用）將高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)置為有效時(shí)，需要在當(dāng)前中斷中完成任務(wù)的切換，使高優(yōu)先級(jí)任務(wù)盡快得到CPU使用權(quán)，并在該高優(yōu)先級(jí)任務(wù)執(zhí)行完，且沒(méi)有其它高優(yōu)先任務(wù)被響應(yīng)時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行之前被中斷的任務(wù)。

中斷級(jí)切換函數(shù)必須對(duì)被中斷的任務(wù)進(jìn)行“現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)”，因?yàn)槊總€(gè)中斷函數(shù)都有“保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)”功能，所以這一操作不難實(shí)現(xiàn)。此外，中斷級(jí)切換函數(shù)還需要為新任務(wù)分配一組新的寄存器窗口，即保存當(dāng)前所有Used態(tài)的窗口寄存器的值到堆棧對(duì)應(yīng)的幀中?？梢苑Q之為Windows_flush，這也是寄存器窗口相關(guān)的操作。最簡(jiǎn)單的flush就是在%WIM中將當(dāng)前窗口置為無(wú)效窗口，通過(guò)SAVE語(yǔ)句將當(dāng)前窗口對(duì)應(yīng)的inputs和locals寄存器的值寫(xiě)入堆棧。通過(guò)循環(huán)控制，可以將8個(gè)寄存器窗口的值全部保存，并且SAVE指令通過(guò)將%o6的值寫(xiě)入%i6，能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)棧幀的切換。在執(zhí)行 Windows_flush后，當(dāng)前任務(wù)以及其中調(diào)用的各線程的堆棧幀才全部被填充，成為一個(gè)連續(xù)堆棧，這樣才做好了到更高優(yōu)先級(jí)切換的準(zhǔn)備。中斷級(jí)任務(wù)切換的流程圖如圖3。