微内核之任务强制切换
2017-05-07 本文已影响0人
yuanyuanxingliu
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任务目标 ：如何通过swi来实现多个任务来回强制切换
实验平台 : 本实验是基于S3C2440上来实现
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工作原理 ：
表述：在运行任务程序的时候通过SWI中断进入SVC模式，在SVC模式下进入当前任务栈信息保存(寄存器值)以及调用将要运行的任务，并把该任务栈信息从该任务栈里恢复到寄存器中，最后跳转到用户态执行任务。
这里像我们去银行办业务；在办业务时，我们只需把我们所需的信息填写在单子上，通过柜台提交给银行专员，银行专员根据我们的需求，再清点钞票 给我们并更新余额，以便下一次办理结算。
流程图如下：
Paste_Image.png
工作流程图：
Paste_Image.png
实现步骤：
1、创建3个任务函数
目标：分别把它们定义为TestTask1、TestTask2、TestTask3，每一个函数在执行时候通过swi调用，又swi给出的中断号来强制切换到另一个任务，从而进入SVC模式进行堆栈保护和恢复，如下；
,
int TEST_TestTask1(void)
{
printf("Task1 start...\n\r");
while(1)
{
printf("Task1111111111111111 is running now...\n\r");
DEV_DelayMs(3000); /* 延迟3s */
__asm__(
"swi #2\n\t" //产生SWI软中断，中断号为1
);
printf("Task1 is running again\n\r");
}
return 0;
}
int TestTask2(void)
{
printf("Task2 start...\n\r");
while(1)
{
printf("Task222222222222222 is running now...\n\r");
DEV_DelayMs(3000); /* 延迟3s */
__asm__(
"swi #3\n\t" //产生SWI软中断，中断号为3
);
printf("Task2 is running again\n\r");
}
return 0;
}
int TestTask3(void)
{
printf("Task3 start...\n\r");
while(1)
{
printf("Task33333333333333 is running now...\n\r");
DEV_DelayMs(3000); /* 延迟3s */
__asm__(
"swi #1\n\t" //产生SWI软中断，中断号为3
);
printf("Task3 is running again\n\r");
}
return 0;
}
2、创建任务栈
目标：为每一个任务创建一个栈，每一个栈就是该任务的TCB指针内容，task1Tcb = &task1Stack，task2Tcb = &task2Stack，task3Tcb = &task3Stack，如下表示；
TCB* pCurTcb; /*当前TCB指针*/
U32 nextTaskSp; /*下一个任务堆栈指针 */
U32* curTaskSpAddr; /*存放当前堆栈指针的地址 */
U32* curTaskSpTopAddr; /*存放当前堆栈top指针地址 */
U32 task1Stack[TACKSIZE];
U32 task2Stack[TACKSIZE];
U32 task3Stack[TACKSIZE];
TCB* task1Tcb; /* 任务1的TCB指针 */
TCB* task2Tcb; /* 任务2的TCB指针 */
TCB* task3Tcb; /* 任务3的TCB指针 */
/* TCB中备份寄存器组的结构体, 用来临时保存任务前换的寄存器 */
typedef struct stackreg
{
U32 uispsr;
U32 uicpsr;
U32 uiR0;
U32 uiR1;
U32 uiR2;
U32 uiR3;
U32 uiR4;
U32 uiR5;
U32 uiR6;
U32 uiR7;
U32 uiR8;
U32 uiR9;
U32 uiR10;
U32 uiR11;
U32 uiR12;
U32 uiR13;
U32 uiR14;
U32 uiR15;
}STACKREG;
/* TCB结构体 */
typedef struct tcb
{
STACKREG strStackReg; /* 备份寄存器组 */
}TCB;
3、任务切换
目标：主要操作是前后两个任务堆栈的保护和恢复，并把cpu的控制权切换到另一个任务去执行。这里有两点要特别注意；
1、SVC模式下的当前任务栈信息保护；
2、另一个任务栈信息的恢复，SVC模式下在taskSwitch函数恢复另一个任务栈信息，并且改变CPSR模式，
3、CPU交给将要运行的任务，在用户模式执行任务。
1) 设置SWI异常向量，S3C2440 芯片启动代码设置如下：
.global _start
_start:
/******************************************************************************
* 异常向量，本程序中，除Reset和HandleIRQ外，其它异常都没有使用
*******************************************************************************/
b Reset
/* 0x04: 未定义指令中止模式的向量地址 */
HandleUndef:
b HandleUndef
/* 0x08: 管理模式的向量地址，通过SWI指令进入此模式 */
/* HandleSWI: */
//HandleSWI:
b HandleSWI
/* 0x0c: 指令预取终止导致的异常的向量地址 */
HandlePrefetchAbort:
b HandlePrefetchAbort
/* 0x10: 数据访问终止导致的异常的向量地址 */
HandleDataAbort:
b HandleDataAbort
/* 0x14: 保留 */
HandleNotUsed:
b HandleNotUsed
/* 0x18: 中断模式的向量地址 */
b HandleIRQ
/* 0x1c: 快中断模式的向量地址 */
HandleFIQ:
b HandleFIQ
2) 设置SWI处理程序
HandleSWI:
/* 计算返回地址,被SWI中断，LR寄存器保存的是SWI指令的下一条指令，不像是IRQ中断，返回地址是LR-4； */
STMDB sp!, {R14} /* 保存使用到的寄存器到SVC模式的SP中 */
LDR R0,=pCurTcb /* 获取当前任务栈的起始地址*/
LDR R0,[R0]
// MOV R0, SP /* 保存SVC模式下SP栈起始值*/
// ADD R0,R0,#0X4
STMDB sp!, {R0} /* R13位置 */
STMDB sp!, { r0-r12} /* 保存使用到的寄存器到SVC模式的SP中 */
/* 注意，此时的sp是svc模式的sp */
MRS R0, SPSR /* 不同模式之间切换，cpsr被保存在SPSR中 */
STMDB sp!, {R0} /* CPSR位置 */
STMDB sp!, {R0} /* SPSR位置 */
LDR R0, =LR_VAR /* 保存SVC模式下的LR，用于调试 */
STR R14, [R0]
LDR R0, =SVC_STACK /* 保存SVC模式下的SP栈，用于恢复和调试 */
STR sp, [R0]
#if 1
/******************************************************************************
* 保存当前任务栈信息，并把SVC模式下保存的当前任务栈信息保存到当前任务栈
* tasknTcb中。以备下次调用时在恢复该任务的栈信息
******************************************************************************/
LDR R0, =pCurTcb /* 获取当前任务栈的起始地址 */
LDR R1, [R0]
CMP R1,#0 /* 把curTaskSpAddr值==0；说明是taskStart函数；跳转到taskBefore处执行 */
BEQ taskBefore
SUB R1,R1,#-4 /* 把curTaskSpAddr值 - 4 */
LDR R0,=SVC_STACK /* 恢复异常时保存SVC模式下的SP栈指针到R2 */
LDR R2,[R0]
SUB R2,R2,#-4 /* 把SVC_STACK值 - 4 */
MOV R3,#17 /* 把SVC模式下栈信息保存到当前任务栈地址，保存SPSR/CPSR/R0-R14寄存器 */
STACK_COPY:
LDR R0,[R2],#4
STR R0,[R1],#4
SUBS R3,R3,#1
BNE STACK_COPY
#endif
taskBefore:
#if isrDisable
/* interrupts (IRQ) now disabled */
MRS R0, CPSR /* Read the CPSR */
ORR R0, R0, #0x80 /* Set the interrupt disable bit */
MSR CPSR_c, R0 /* Update the control bits in the CPSR */
#endif
sub lr, lr, #4 /* lr -4 为指令SWI XXX的地址,低24位是软件中断号 */
ldr R3,[lr,#0] /* lr -4 为指令SWI XXX的地址,低24位是软件中断号 */
bic R3,R3,#0XFF000000 /* 取得arm指令的低24位立即数 */
cmp R3,#0 /* 判断24位立即数，如果是0，调用usrModeSpSetup函数 */
beq usrModeSpSetup
cmp R3,#1 /* 判断24位立即数，如果是1，调用task1Tcb函数 */
ldr R0,=task1Tcb
ldr R0,[R0]
beq taskTcbSwitch
cmp R3,#2 /* 判断24位立即数，如果是2，调用task2Tcb函数 */
ldr R0,=task2Tcb
ldr R0,[R0]
beq taskTcbSwitch
cmp R3,#3 /* 判断24位立即数，如果是3，调用task3Tcb函数 */
ldr R0,=task3Tcb
ldr R0,[R0]
beq taskTcbSwitch
bne END
taskTcbSwitch:
ldr pc, =taskSwitch
usrModeSpSetup:
mrs R0, CPSR /* Read the CPSR */
bic R0, R0, #0x1F /* Clear the mode bits */
orr R0, R0, #0x10 /* Set the mode bits to FIQ mode */
msr cpsr_c, R0 /* Update the control bits in the CPSR */
ldr sp, =0x33e00000 /* 设置用户栈指针起始值 */
ldr pc, =rootTask /* rootTask开始用户模式 */
END:
movne R0, #-1 /* 没有该软中断对应函数，出错返回-1 */
#endif
3) 恢复另一个任务栈，通过在taskSwitch函数，恢复将要运行的任务，并执行它，至此任务切换完成了。
/***********************************************************************************
函数功能: 加载将要运行任务的栈信息.
入口参数: pTcb: 即将运行的任务的TCB指针.
返 回 值: none.
***********************************************************************************/
int taskSwitch(TCB * pTcb)
{
STACKREG* curTcbRegSp;
/*******************************************************************************
* 在用户态切换程序，不需要动CPSR、SPSR等SVC模式下才能操作的特权寄存器
* 用户态的栈指起始值: ldr sp, =0x33e00000
* SVC的栈指起始值: ldr sp, =0x34000000
* curTaskSpAddr表示当前任务栈的起始地址，
* 以备再次调用的时候恢复该任务的栈信息
*******************************************************************************/
curTaskSpAddr = &pCurTcb->strStackReg;
/******************************************************************************
* 即将运行任务的寄存器组地址
******************************************************************************/
nextTaskSp = &pTcb->strStackReg;
/* 即将运行任务的TCB指针 */
pCurTcb = pTcb;
__asm__(
/******************************************************************************
* 获取将要运行任务的指针
******************************************************************************/
" LDR R0, =nextTaskSp \n\t"
" LDR R1, [R0] \n\t"
/******************************************************************************
* 获取将要运行任务的栈信息并运行新任务
******************************************************************************/
" LDMIA R1!, {R0} \n\t"
" MSR SPSR, R0 \n\t"
" LDMIA R1!, {R0} \n\t" /* cpsr位置 */
/******************************************************************************
* 恢复将要运行任务的栈信息
******************************************************************************/
" ADD R1,R1,#0X10 \n\t" //跳过R0/R1/R2/R3这4个寄存器
" LDMIA R1!, {R4-R12} \n\t"
" nop \n\t"
" ADD R1, R1, #0X4 \n\t" //跳过R13寄存器
" LDMIA R1, {R14} \n\t"
" LDR R2, =SVC_STACK \n\t" /* 保存SVC模式下的SP栈，用于恢复和调试 */
" LDR SP, [R2] \n\t"
" add SP,SP,#0x44 \n\t" /* 恢复SVC模式下的SP栈;这里可以释放掉SVC模式SP栈，不然不停执行，SVC栈会泄漏 */
" BIC R0, R0, #0x9F \n\t" /* Modify and write CPSR again to */
" ORR R0, R0, #0x90 \n\t" /* the interrupt disable */
" MSR CPSR_c, R0 \n\t" /* disable IRQs */
" LDMIA R1!, {R15} \n\t" /* 跳到用户模式，执行任务*/
);
return 0;
}
