自己动手写STM32多任务调度器
张静茹2015/06/04软件综合 IP:山东
首先介绍几个寄存器,这几个寄存器只能在汇编或内联汇编时才能访问,C语言是访问不到的
R0-R12,都可作为临时变量存储,跟C语言的变量差不多,不过汇编中的存储变量是用寄存器,而且不用声明,全局可见,不分全局和局部,而且是32位的
比如想计算1+1,结果放在r0中
mov r0,0x01
add r0,0x01
寄存器.png
图片来自互联网,互联网来自<<Cortex-M3权威指南>>


R13(MSP/PSP)堆栈寄存器,汇编指令PUSH,POP会影响R13的值,
PUSH {R0} //R0的值将被压入栈内 R13-4
POP{R1}    //将SP所指向的内存赋值给R1 SP+4
栈.png


R14 :是连接寄存器(LR),用于在调用子程序时存储返回地址,应该是不能用mov mrs msr访问的,只能用pop push保存
R15 是程序计数器(PC),每条指令前都对应一个地址,把这个地址赋值给R15,程序就立即跳过去执行地址对应的程序
xRPS特殊功能寄存器组 详细内容请参考<<Cortex-M3权威指南>>

之前用过UCOS,可是他每个死循环任务下面必须有一个延时函数,才可以把调度权限交还给系统,自然这个延时函数上面也不可以有死循环,
不然将永远卡在死循环上,别的任务也就不能再被调用了


<code class="lang-cpp">int main(void)
{       
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
                     
    Stm32_Clock_Init(9); //系统时钟设置
    delay_init(72);      //延时初始化 
    uart_init(72,9600);  //串口初始化为9600
    LED_Init();          //初始化与LED连接的硬件接口  
    SysTick_Configuration();
    OSInit();
    OSTaskCreate( TaskStart,    //task pointer
                    (void *)0,  //parameter
                    (OS_STK *)&TASK_START_STK[START_STK_SIZE-1],    //task stack top pointer
                    START_TASK_Prio );  //task priority
                         
    OSStart();
    return 0;      
}
//开始任务
void TaskStart(void * pdata)
{
    pdata = pdata; 
    OS_ENTER_CRITICAL();   
    OSTaskCreate(TaskLed, (void * )0, (OS_STK *)&TASK_LED_STK[LED_STK_SIZE-1], LED_TASK_Prio);
    OSTaskCreate(TaskLed1, (void * )0, (OS_STK *)&TASK_LED1_STK[LED1_STK_SIZE-1], LED1_TASK_Prio);
    OSTaskSuspend(START_TASK_Prio); //suspend but not delete
    OS_EXIT_CRITICAL();
}
//任务1
//控制DS0的亮灭.
void TaskLed(void *pdata)
{
    while(1)
    {
        LED0 = !LED0;
        OSTimeDlyHMSM(0,0,1,100);   
    }
}
//任务2
//控制DS1的亮灭.
void TaskLed1(void *pdata)
{
    while(1)
    {
        LED1 = !LED1;
        OSTimeDlyHMSM(0,0,1,300);   
    }
}</code>








正文开始:
我写的这个调度系统是用stm32 定时器中断调度任务的,任务中不需要ucos那种延时函数,定时器每隔一段时间中断当前任务,保存现场,恢复第二个任务的现场,这时PC寄存器被改为第二个任务上次中断前执行的位置然后退出中断,,从任务二上次中断前的位置继续执行
调度原理:
参考<<Cortex-M3权威指南>>中 第九章 中断的具体行为
当 C M 3开始响应一个中断时内核会自动 把 8个寄存器(R0-R3,R12,LR,PC,xPSR)的值压入栈,最关键的是PC,他直接决定了中断退出以后开始执行的位置,R0-R3,R12则保存了一些中间变量,保证了恢复现场以后程序正确执行


程序流程:                                                                       标志:↓↓↓
进入main() ----> 初始化GPIO,时钟,定时器,开中断 ---->进入任务0 ---->定时器中断时间到 ---->开始进入中断 ---->系统自动8个寄存器(R0-R3,R12,LR,PC,xPSR)的值压入栈 ---->进入中断函数TIM3_IRQHandler(此时SP堆栈指针正指向R0,R0+4后,指向R1)
<code class="lang-cpp">TIM3_IRQHandler PROC
        PUSH     {r4,lr}
        MRS      r4,MSP
        MOV      r0,r4
        ADD      r0,r0,#8
        MOV      r4,r0
        LDR      r0,|L0.640|
        STR      r4,[r0,#0]
        BL       IRQHandler
        POP      {r4,pc}
        ENDP</code>
  ----->生成汇编文件后可以看到,进入TIM3_IRQHandler函数先把R4和LR压栈(这是编译器自动做的),MSP堆栈指针 - 8   ----->MRS      r4,MSP 保存栈指针   ----->指针+8(对前面R4和LR的补偿)对准 8个被自动压栈的寄存器的R0   ----->保存指针到全局变量Address_BASE   ----->bl    IRQHandler  调用任务调度程序   ----->清除中断待处理位   ----->根据之前保存的栈地址,加载8个寄存器保存当前任务现场   ----->   调用任务二的地址----->  task->Start_Next(); 更新任务标志----->   退出中断 并 恢复被修改了返回地址的8个寄存器 ----->  执行任务1----->   定时器中断时间到 ---->进入中断  -----> 保存任务1现场----->   恢复任务0  ----->退出中断  ----->goto 标志;


<code class="lang-cpp">#include "../h/main.h"
                
extern Task *task;
int main(void)
{
                
    task = new Task(); //创建任务管理对象 这是一个C++类对象
                    
    Init();//初始化 时钟 串口 GPIO
    Timerx_Init(20,7199);//初始化TIM3,开中断,每2ms进一次中断
    TIM3->CNT = 0x01;//意义不明 不要也行
    __asm  //內联汇编
    {
        bl Task0 //跳转到任务1 
    }
//  while (true);
//  delete task;
}
int temp = 0;
void Task0(void) //任务1
{
    while (true)
    {
        LED0 = !LED0;
    }
}
                
void Task1(void) //任务2
{
    while (true)
    {
        LED1 = !LED1;
    }
}</code>

<code class="lang-cpp">class Task //任务管理类
{
public:Task(void) //构造函数,初始化时会自动调用
    {
        Reg_Buff[0][6]=((unsigned int)&Task0) ; //初始化任务0的指针
        Reg_Buff[1][6]=((unsigned int)&Task1) ; //初始化任务1的指针
        Reg_Buff[0][6]=Reg_Buff[1][7]=0x61000000 ; //初始化xRSP
                
        Current = 0; 
        Next = 1;
    }
    public: static const unsigned char Count = Task_Count;
    public: unsigned char Current; //当前任务
    public: unsigned char Next ;    //下一个任务
    public: volatile unsigned int Reg_Buff[Task_Count][8];
    public: void    Start_Next() //更新至下一个任务
    {
        (Current + 1 < Count) ? Current++ : Current = 0;
        (Next + 1 < Count) ? Next++ : Next = 0;
                
//      if (Next != 0 && (Next - Current) != 1)
//      {
//          while (true)
//          {
                
//          }
//      }
    }
                
};</code>
<code class="lang-cpp">Task *task ;
unsigned int Address_BASE = 0;
                
void IRQHandler(void) 
{
                    
    if(TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) != RESET) //检查指定的TIM中断发生与否:TIM 中断源 
    {
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);  //清除TIMx的中断待处理位:TIM 中断源
        __asm
        {
            ldr r5, [Address_BASE]  
            str r5, [&task->Reg_Buff[task->Current][0]]//R0
                
            ldr r5, [Address_BASE , 0x4] 
            str r5, [&task->Reg_Buff[task->Current][1]]//R1
                
            ldr r5, [Address_BASE , 0x8] 
            str r5, [&task->Reg_Buff[task->Current][2]]//R2
                
            ldr r5, [Address_BASE , 0xc] 
            str r5, [&task->Reg_Buff[task->Current][3]]//R3
                
            ldr r5, [Address_BASE , 0x10]
            str r5, [&task->Reg_Buff[task->Current][4]]//R12
                
//          ldr r5, [Address_BASE , 0x14]
//          str r5, [&task->Reg_Buff[task->Current][5]]//R13 LR
                
            ldr r5, [Address_BASE , 0x18]
                
            str r5, [&task->Reg_Buff[task->Current][6]]//R14 PC
                
            ldr r5, [Address_BASE , 0x1c]
            str r5, [&task->Reg_Buff[task->Current][7]]//R15 xRSP
                            
            /*↑↑↑保存当然运行中的任务现场↑↑↑*/
                
            ldr r5, [&task->Reg_Buff[task->Next][0]]//R0
            str r5, [Address_BASE]
                
            ldr r5, [&task->Reg_Buff[task->Next][1]]//R1
            str r5, [Address_BASE, 0x4]
                
            ldr r5, [&task->Reg_Buff[task->Next][2]]//R2
            str r5, [Address_BASE, 0x8]
                
            ldr r5, [&task->Reg_Buff[task->Next][3]]//R3
            str r5, [Address_BASE, 0xc]
                
            ldr r5, [&task->Reg_Buff[task->Next][4]]//R12
            str r5, [Address_BASE, 0x10]
                
//          ldr r5, [&task->Reg_Buff[task->Next][5]]//R13 LR
//          str r5, [Address_BASE, 0x14]
                
            ldr r5, [&task->Reg_Buff[task->Next][6]]//R14 PC
            //orr r5, 0x01
            str r5, [Address_BASE, 0x18]
                
            ldr r5, [&task->Reg_Buff[task->Next][7]]//R15 xRSP
            str r5, [Address_BASE, 0x1c]
            /*↑↑↑恢复上一个任务的现场↑↑↑*/
        }
        task->Start_Next(); //下一个任务
    }
}
extern "C"
{
    void TIM3_IRQHandler(void)   //TIM3中断  中断中不能有太多东西,否则进中断时压栈太多 MSP不容易计算
    {
        __ASM
        {
            mrs r4, msp
            add r4, 0x08
            str r4, [&Address_BASE]
            bl    IRQHandler
        }
    }
                
}</code>

[修改于 9年7个月前 - 2015/06/05 14:26:47]

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来自:计算机科学 / 软件综合
62
 
1
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{{notice.noticeContent}}
~~空空如也
amo
9年6个月前 IP:江西
774065
引用 金星凌日:
我说的就是单线程的情况,与多线程根本没有关系。
这种编程算法一开始就是错的……如果目的资源是唯一性的,这种算法在ucos、windows、linux上都解决不了。
举个例子,某块跑ucos的板子上只有一个串口,任务A需要把100KB数据实时、完整的从串口发出,所以它直接直接调用putchar()一类的函数逐个字节发送;恰好发到一半时,任务B也要从串口实时、完整的发送200KB数据出去……二虎相争必有一伤。这是任何OS都解决不了的。
所以各种OS、协议栈到处都充斥着各种各样的队列
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金星凌日
9年6个月前 IP:陕西
774067
引用 amo:
这种编程算法一开始就是错的……如果目的资源是唯一性的,这种算法在ucos、windows、linux上都解决不了。
举个例子,某块跑ucos的板子上只有一个串口,任务A需要把100KB数据实时、完整的从串口发出,所以它直接直接调用putch...
我说的那种情况也与惟一性资源没有任何关系。
此外,就算这种写法完全错误,也没法阻止有人这样写,特别是ABCD由不同的人写的情况下。
我的意思实际上与《Effective C++》中的这条规则类似:使接口不易被误用。
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amo
9年6个月前 IP:广东
774241
引用 金星凌日:
我说的那种情况也与惟一性资源没有任何关系。
此外,就算这种写法完全错误,也没法阻止有人这样写,特别是ABCD由不同的人写的情况下。
我的意思实际上与《Effective C++》中的这条规则类似:使接口不易被误用。
规则不能这么随便滥用……
要分工协作,就必须先设计合理的架构,严格分层,按照规范来编程……做不到的只能让项目经理做恶人逐出团队了

比如两个人(用户层)都要发快递,直接打包好物品写好目的地址然后打电话让快递公司(应用层)上门取件即可……
要是两个人都非要层层深入,指挥某个快递员(驱动)、开什么车走什么线路(链路)……那整个体系都乱套了[s::lol]
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amo
9年6个月前 IP:江西
774244
初学者编程,往往喜欢一个函数直接执行完所有功能;稍进阶后就是层层调用各种函数直到完成所有功能……不要说别人接手,就是自己过一段时间再看都会两眼茫然

初看成熟的开源代码,一般会很不适应,比如发送一个数据包,只是简单复制到一个数组或队列……然后,怎么就没有然后了??
但站在作者的高度,系统的各个层、模块异常清晰,数据流就像工厂的流水线:每个工人只需从面前的流水线(队列)取下半成品,根据工序的要求加工一下,再放回去就行了……外人来参观,站在工人身后看半天可能也想不明白他不停重复一个动作是为啥[s::lol]
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金星凌日
9年6个月前 IP:陕西
774279
引用 amo:
初学者编程,往往喜欢一个函数直接执行完所有功能;稍进阶后就是层层调用各种函数直到完成所有功能……不要说别人接手,就是自己过一段时间再看都会两眼茫然

初看成熟的开源代码,一般会很不适应,比如发送一个数据包,只是简单复制到一个数组或队列……然...
这些我都知道,可能是我没有表达清楚。
我的意思是,使用了这种协程,这个函数就会变成不可复制的资源。而C语言中没有办法阻止这种错误用法,除非人工检查。或许使用断言会有一定帮助,但这并不能解决所有问题。
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amo
9年6个月前 IP:广东
774328
引用 金星凌日:
这些我都知道,可能是我没有表达清楚。
我的意思是,使用了这种协程,这个函数就会变成不可复制的资源。而C语言中没有办法阻止这种错误用法,除非人工检查。或许使用断言会有一定帮助,但这并不能解决所有问题。
这种问题目前可能没有什么好办法解决,只能强调编程规范和单元测试……
用C/C++写过大程序的人都知道,在一个地方mallco/new后如果在多个分支realloc/delete,很容易就出现内存泄露并且难以查找;在ucos里也一样,如果在某个地方你觉得很重要,加了个OS_ENTER_CRITICAL(),然后在几个条件分支里遗漏了一个OS_EXIT_CRITICAL(),结果就是不知道什么时候系统就会突然挂了(还很难重现),也是很难找出原因
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uestc008@163.com
7年5个月前 IP:北京
835873
str r4, [&Address_BASE]这句话在我的程序里面编译不通过,提示这种指令不对,楼主看看?
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uestc008@163.com
7年5个月前 IP:北京
835979
哦,我的汇编部分已经编译没错误了,可以保存现场和恢复现场,就是任务切换还不太清楚怎么弄的。楼主用的编译器和我的不一样,所以部分不一样。楼主两句话要完成的,我要写好多,
        __ASM volatile ("ldr r5,=Address_Base");
__ASM volatile ("ldr r6,[r5]");
__ASM volatile ("ldr r5,[r6]");
__ASM volatile ("ldr r6,=Task_Reg_Buffer");
__ASM volatile ("str r5,[r6]");
感觉好累。。。
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张静茹作者
7年5个月前 IP:江苏
835990
引用 uestc008@XXXXXXX:
哦,我的汇编部分已经编译没错误了,可以保存现场和恢复现场,就是任务切换还不太清楚怎么弄的。楼主用的编译器和我的不一样,所以部分不一样。楼主两句话要完成的,我要写好多,
        __ASM vo……
我写了两年C# 汇编已经看不懂了。。。。。
切换任务靠的是定时器
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uestc008@163.com
7年5个月前 IP:北京
836036
引用 张静茹:
我写了两年C# 汇编已经看不懂了。。。。。
切换任务靠的是定时器
哦,没事,切换我也是靠的定时器,就是保存完现场后再回去是不是需要什么。
没事,我再研究研究,感觉又学了不少东西
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refinder
7年4个月前 IP:江西
837670
这个离操作系统还有多远
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