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韦东山老师的从0写RTOS笔记

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韦东山老师的从0写RTOS笔记

生产bin文件

fromelf --bin --output=led.bin Objectsled_c.axf

生产汇编文件

fromelf --text -a -c --output=led.dis Objectsled_c.axf

1.AAPCS函数调用规则

R0-R3：传递参数
R0：传递返回值
SP（R13）：栈指针
LR（R14）：函数返回地址
PC（R15）：程序执行地址

AAPCS规定函数调用过程不会破坏R4-R11寄存器
函数中随意使用R0-R3寄存器,无需保存
函数R4-R11，可以使用，但是用完以后需要恢复；

故意使用一个寄存器：

register int sum sam("r4");

进入add_val函数时需要保存R4，退出函数时需要还原R4

寄存器

一共16个寄存器，13个通用寄存器，3个特殊寄存器

R13 是栈指针，使用PUSH 或POP 实现存储的访问，物理上存在3个栈指针寄存器，一个是MSP,一个是PSP寄存器

R14是链接寄存器，用于函数和子程序程序调用时返回地址的保存，在异常处理期间，LR寄存器自动更新位特殊的数值，之后改数值将在异常处理结束时触发异常返回

R15程序计数器PC，读操作返回当前指令地址加4

异常和中断

中断也是一种异常

异常列表

中断列表

2.中断处理流程

1.进入中断保存现场

硬件自动保存R0,R1,R,R3,R3,LR,返回地址，xPSR到栈中

返回地址：是中断的返回地址，这里LR仅仅是一个普通的寄存器而已（LR函数返回就是函数的返回地址）

2.调用处理函数

要确保R4-R11不变，软件需要将会把这些寄存器入栈保存，函数执行完成后，恢复R4-R11寄存器。

3.退出中断需要恢复现场

硬件从栈中恢复R0,R1,R,R3,R3,LR,返回地址，xPSR。

任务切换

C文件

void task_a(char *str)
{char buf[10] = "task a";volatile int i;puts(buf);while (1){i= 0;while (str[i])putchar(str[i]);i++;}
}void task_b(char *str)
{char buf[10] = "task b";volatile int i;puts(buf);while (1){i= 0;while (str[i])putchar(str[i]);i++;}
}

汇编文件

task_a0x08000410:    b51f        ..      PUSH     {r0-r4,lr};入栈0x08000412:    4604        .F      MOV      r4,r00x08000414:    4a0b        .J      LDR      r2,[pc,#44] ; [0x8000444] = 0x80004d00x08000416:    ca07        ..      LDM      r2,{r0-r2}0x08000418:    ab01        ..      ADD      r3,sp,#40x0800041a:    c307        ..      STM      r3!,{r0-r2}0x0800041c:    a801        ..      ADD      r0,sp,#40x0800041e:    f7ffffeb    ....    BL       puts ; 0x80003f80x08000422:    e00d        ..      B        0x8000440 ; task_a + 480x08000424:    2000        .       MOVS     r0,#00x08000426:    9000        ..      STR      r0,[sp,#0]0x08000428:    e003        ..      B        0x8000432 ; task_a + 340x0800042a:    9900        ..      LDR      r1,[sp,#0]0x0800042c:    5c60        `      LDRB     r0,[r4,r1]0x0800042e:    f7ffffb5    ....    BL       putchar ; 0x800039c0x08000432:    9800        ..      LDR      r0,[sp,#0]0x08000434:    5c20               LDRB     r0,[r4,r0]0x08000436:    2800        .(      CMP      r0,#00x08000438:    d1f7        ..      BNE      0x800042a ; task_a + 260x0800043a:    9800        ..      LDR      r0,[sp,#0]0x0800043c:    1c40        @.      ADDS     r0,r0,#10x0800043e:    9000        ..      STR      r0,[sp,#0]0x08000440:    e7f0        ..      B        0x8000424 ; task_a + 20$d0x08000442:    0000        ..      DCW    00x08000444:    080004d0    ....    DCD    134218960$ti.task_btask_b0x08000448:    b51f        ..      PUSH     {r0-r4,lr}0x0800044a:    4604        .F      MOV      r4,r00x0800044c:    4a0b        .J      LDR      r2,[pc,#44] ; [0x800047c] = 0x80004dc0x0800044e:    ca07        ..      LDM      r2,{r0-r2}0x08000450:    ab01        ..      ADD      r3,sp,#40x08000452:    c307        ..      STM      r3!,{r0-r2}0x08000454:    a801        ..      ADD      r0,sp,#40x08000456:    f7ffffcf    ....    BL       puts ; 0x80003f80x0800045a:    e00d        ..      B        0x8000478 ; task_b + 480x0800045c:    2000        .       MOVS     r0,#00x0800045e:    9000        ..      STR      r0,[sp,#0]0x08000460:    e003        ..      B        0x800046a ; task_b + 340x08000462:    9900        ..      LDR      r1,[sp,#0]0x08000464:    5c60        `      LDRB     r0,[r4,r1]0x08000466:    f7ffff99    ....    BL       putchar ; 0x800039c0x0800046a:    9800        ..      LDR      r0,[sp,#0]0x0800046c:    5c20               LDRB     r0,[r4,r0]0x0800046e:    2800        .(      CMP      r0,#00x08000470:    d1f7        ..      BNE      0x8000462 ; task_b + 260x08000472:    9800        ..      LDR      r0,[sp,#0]0x08000474:    1c40        @.      ADDS     r0,r0,#10x08000476:    9000        ..      STR      r0,[sp,#0]0x08000478:    e7f0        ..      B        0x800045c ; task_b + 20

产生中断时

硬件保存A现场：R0,R1,R,R3,R3,LR,返回地址，xPSR
调用处理函数systick_Handler
1. 保存A现场R4-R11
2. 取出任务B的现场
  1. 软件取出任务B的现场R4-R11
  2. 硬件恢复任务B的现场R0,R1,R,R3,R3,LR,返回地址，xPSR
中断返回

保存A的现场

指令保存在在flash中，不需要保存
全局变量不需要保存
局部变量本来就在他自己的栈里，不破坏即可

创建任务

实质就是伪造现场

返回地址：就是任务函数的入口，R0即使任务的参数

创建任务的代码实现

创建任务：
实质就是伪造一个现场
0.调整栈指针，因为栈时向下生长的，先进先出的特性
1.首先伪造软件恢复的寄存器部分R4~R11
2.然后伪造硬件自动恢复的寄存器部分R0~R3,R12,LR,SP,PSR2.1 R0中保存的时任务参数2.2 R15(PC)中保存的时程序入口
3.最后将栈顶指针保存在任务管理数组中注意：这里没有伪造MSP或PSP寄存器的值

/**/
void create_task(task_function f, void *param, char *stack, int stack_len)
{int *top = (int *)(stack + stack_len);/* 伪造现场 */top -= 16;/* r4~r11 */top[0] = 0; /* r4 */top[1] = 0; /* r5 */top[2] = 0; /* r6 */top[3] = 0; /* r7 */top[4] = 0; /* r8 */top[5] = 0; /* r9 */top[6] = 0; /* r10 */top[7] = 0; /* r11 *//* r0~r3 */top[8]  = (int)param; /* r0 */top[9]  = 0; /* r1 */top[10] = 0; /* r2 */top[11] = 0; /* r3 *//* r12,lr */top[12] = 0; /* r12 */top[13] = 0; /* lr *//* 返回地址 */top[14] = (int)f; /* 任务入口 *//* PSR */top[15] = (1<<24); /* psr 使用thumb指令集 */	/* 记录栈的位置 */task_stacks[task_count++] = (int)top;
}

psr寄存器第24位标识使用哪个指令集

thumb指令 16位，消耗空间小，但是执行效率低

arm指令 32位消耗空间大，但是执行效率高

启动任务

StartTask_asm PROC; 从任务的栈里把R4~R11读出来写入寄存器; r0 : 保存有任务的栈				; r1 : 保存有LR(特殊值)LDMIA r0!, { r4 - r11 }; 更新SPMSR MSP, R0;MOV SP, R0; 触发硬件中断返回: 它会把栈里其他值读出来写入寄存器(R0,R1,R2,R3,R12,PSR)BX R1ENDP

切换任务

硬件保存了一部分现场，并且让LR等于了一个特殊值
保存R4-R11
将LR传递给R0寄存器，讲SP
保存LR
sp-4
保存老的任务栈，切换新的任务栈
恢复栈
返回

韦老师的任务切换函数

SysTick_Handler_asm PROC; 在这里保存R4~R11STMDB sp!, { r4 - r11 }STMDB sp!, { lr }MOV R0, LR ; LR是一个特殊值ADD R1, SP, #4;这里保存了一个LR的值，所以需要做一个sp+4BL SysTick_Handler  ; 这个C函数保证不破坏R4~R11;经过测试以下部分代码根本不得执行LDMIA sp!, { r0 };拿出特殊的LR值LDMIA sp!, { r4 - r11 }BX R0ENDPEND

本人修改简化的任务切换

SysTick_Handler_asm PROC; 在这里保存R4~R11STMDB sp!, { r4 - r11 }MOV R0, LR ; LR是一个特殊值MOV R1, SP ; LR是一个特殊值BL SysTick_Handler  ; 这个C函数保证不破坏R4~R11ENDP

SysTick 中断处理函数

/**lr_bak：LR特殊值old_sp：老的栈
*/
void SysTick_Handler(int lr_bak, int old_sp)
{int stack;int pre_task;int new_task;SCB_Type * SCB = (SCB_Type *)SCB_BASE_ADDR;/* clear exception status */SCB->ICSR |= SCB_ICSR_PENDSTCLR_Msk;/* 如果还没有创建好任务, 直接返回 */if (!is_task_running()){return;  // 表示无需切换}/* 启动第1个任务或者切换任务 */if (cur_task == -1){/* 启动第1个任务 */cur_task = 0;/* 从栈里恢复寄存器 *//* 写汇编 */stack = get_stack(cur_task);StartTask_asm(stack, lr_bak);return ; /* 绝对不会运行到这里 */}/* 切换任务 */else{// 取出下一个任务pre_task = cur_task;new_task = get_next_task();if (pre_task != new_task){			/* 保存 pre_task: 在汇编里已经保存了 *//* 将上一个任务的栈保存起来，更新sp */set_task_stack(pre_task, old_sp);/* 切换 new_task */stack = get_stack(new_task);cur_task = new_task;StartTask_asm(stack, lr_bak);}}}