uCOSii中断处理过程详解.docx
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uCOSii中断处理过程详解
一. UCOSII的中断过程简介
系统接收到中断请求后，如果CPU处于开中断状态，系统就会中止正在运行的当前任务，而按中断向量的指向去运行中断服务子程序，当中断服务子程序运行完成后，系统会根据具体情况返回到被中止的任务继续运行，或转向另一个中断优先级别更高的就绪任务。
由于UCOSII是可剥夺型的内核，所以中断服务程序结束后，系统会根据实际情况进行一次任务调度，如果有优先级更高的任务，就去执行优先级更高的任务，而不一定要返回被中断了的任务。
二．UCOSII的中断过程的示意图
三．具体中断过程
1．中断到来，如果被CPU识别，CPU将查中断向量表，根据中断向量表，获得中断服务子程序的入口地址。
2．将CPU寄存器的内容压入当前任务的任务堆栈中（依处理器的而定，也可能压入被压入被中断了的任务堆栈中。
3．通知操作系统将进入中断服务子程序。
即：
调用OSIntEnter（）或OSIntNesting直接
加1。
4．If（OSIntNesting==1）{OSTCBCur->OSTCBStrPtr=SP;}//如果是第一层中断,则将堆栈指针保存到被中断任务的任务控制块中
5．清中断源,否则在开中断后,这类中断将反复的打入,导致系统崩贵
6．执行用户ISR
7．中断服务完成后,调用OSIntExit（）．如果没有高优先级的任务被中断服务子程序激活而进入就绪态,那么就执行被中断了的任务,且只占用很短的时间．
8．恢复所有CPU寄存器的值．
9．执行中断返回指令．
四．相关代码
与编译器相关的数据类型:
typedefunsignedcharBOOLEAN;
typedefunsignedcharINT8U;
typedefunsignedintOS_STK;//堆栈入口宽度为16位
（一）void OSIntEnter（void）的理解
uCOS_II.H中定义:
#ifdef OS_GLOBALS
#define OS_EXT
#else
#define OS_EXT extern
#endif //定义全局宏OS_EXT
#ifndef TRUE
#define TRUE 1
#endif
OS_EXT BOOLEAN OSRunning;//定义外部BOOLEAN类型全局变量,用来指示
//核是否在运行
OS_EXT INT8U OSIntNesting;//定义外部8位无符号整型数全局变量,用来表
//示中断嵌套层数
OS_CORE.C中的OSIntEnter（）函数原型:
void OSIntEnter（void）
{
if（OSRunning==TRUE）//如果内核正在运行则进入if
{
if（OSIntNesting<255）//如果嵌套层数小于255,则可以继//续
{
OSIntNesting++;//嵌套层数加1
}
}
}
（二）在中断服务子程序中加if（OSIntNesting==1）{…}的原因
uCOS_II.H中定义:
typedefstructos_tcb{
OS_STK *OSTCBStkPtr;//声明指向任务堆栈栈顶的16位指针
………………
}OS_TCB;//定义名为OS_TCB的结构体数据类型,即任务控制块的数据结构
OS_EXT OS_TCB *OSTCBCur;//声明一个指向任务控制块的全局指针变量
//用于指向当前任务的任务控制块
中断服务程序中添加的代码:
if（OSIntNesting==1）
{
OSTCBCur->OSTCBStkPtr=SP;//如果是第一层中断,则将被中断任务
//的堆栈指针保存在被中断任务的任务
//任务控制块中
}
关于uCOS-II的中断服务程序（ISR）中必须加“OSIntNesting==1”的原因==避免调整堆栈指针.
出现这个问题的根源是当低优先级的任务被中断，当中断完成后由于有高优先级的任务就绪，则必须调度高优先级的任务,原来的低优先级任务继续被中断着，但是此时的低优先级任务的堆栈已经被破坏，已不能被调度程序直接调度了，要想被调度而必须调整堆栈指针。
如下图所示的场景:
问题分析：
要想理解加上上面两句的原因，不妨假设有下面场景出现：
voidMyTask（void）
{
...
}
该任务在执行过程中被中断打断，下面是它的服务子程序
voidMyISR（void）
{
保存现场（PUSHA）
OSIntEnter（）;
//此时的堆栈指针是正确的，再往下就不对了，应该在此处保存用户任务堆栈指针
OSIntExit（）;
恢复现场（POPA）
中断返回
}
OSIntExit（），大体如下:
OSIntExit（）
{
OS_ENTER_CRITICAL（）;
if（OSIntNesting==0&&OSLockNesting==0）{
找到目前系统中就绪表中优先级最的任务
如果不是当前任务，则调度它执行
OSIntCtxSw（）;
}
OS_EXIT_CRITICAL（）;
}
综上所述，任务调用链如下：
MyTask-->MyISR-->
① OSIntExit-->
② OS_ENTER_CRITICAL（）;③
OSIntCtxSw（）; ④
然而在实际的移植过程中，需要调整的指针偏移量是与编译器相关的，如果想要避免调整，显然一个简单的方法就是在调用OSIntExit之前先把堆栈指针保存下来，以后调度该用户任务时，直接从此恢复堆栈指针，而不再管实际的堆栈内容了（因为下面的内容相对于调度程序来说已经没有用处了）
（三）voidOSIntExit（void）的理解
OS_CPU.H中的宏定义:
typedefunsignedshortOS_CPU_SR; //定义OS_CPU_SR为16位的CPU状态寄存器
#if OS_CRITICAL_METHOD==1
#define OS_ENTER_CRITICAL（） asm CLI//OS_ENTER_CRITICAL（）即为将处理器标志
//寄存器的中断标志为清0,不允许中断
#define OS_EXIT_CRITICAL（） asm STI//OS_ENTER_CRITICAL（）即为将处理器标志
//寄存器的中断标志为置1,允许中断
#endif //此一整段代码定义为开关中断的方式一
#if OS_CRITICAL_METHOD==2
#define OS_ENTER_CRITICAL（） asm{PUSHF;CLI}//将当前任务的CPU的标志寄存器入
//然后再将中断标志位清0
#define OS_EXIT_CRITICAL（） asm POPF //将先前压栈的标志寄存器的值出栈,恢复
//到先前的状态,如果先前允许中断则现在
//仍允许,先前不允许现在仍不允许
#endif //此一整段代码定义为开关中断的方式二
#if OS_CRITICAL_METHOD==3
#define OS_ENTER_CRITICAL（） （cpu_sr=OSCPUSaveSR（））//保存CPU的状态寄存器到
//变量cpu_sr中,cpu_sr
//为OS_CPU_SR型变量
#define OS_EXIT_CRITICAL（） （OSCPURestoreSR（cpu_sr））//从cpu_sr中恢复状态寄存
//器
#endif //此一整段代码定义为开关中断的方式三,
//此段代码只是示意代码,OSCPUSaveSR（）及
//OSCPURestoreSR（cpu_sr）具体什么函数由
//用户编译器所提供的函数决定.
//以上宏定义非常重要,在使用不同处理器时要使用相应处理器的开关中断指令,在代码移//植时很有用
uCOS_II.H中定义:
OS_EXT INT8U OSLockNesting;//8位无符号全局整数,表示锁定嵌套计数器
void OSIntExit（void）
{
#ifOS_CRITICAL_METHOD==3
OS_CPU_SR cpu_sr;
#endif //采用开关中断方式三
if（OSRunning==TRUE）//如果内核正在运行,则进入if
{
OS_ENTER_CRITICAL（）;//进入临界段,关中断
if（OSIntNesting>0）//判断最外层中断任务是否已完成
{
OSIntNesting--;//由于此层中断任务已完成,中断嵌套计数器减//一
}
if（（OSIntNesting==0）&&（OSLockNesting==0））
//OSIntNesting==0表示程序的最外层中断任务以完成,OSLockNesting==0
//表示是否存在任务锁定,整句代码的意思是如果全部中断处理完了且没有其他
//任务锁定任务调度则执行下列任务调度代码
{
OSIntExitY =OSUnMapTbl[OSRdyGrp]; //1
OSPrioHighRdy=（INT8U）（（OSIntExitY<<3）+OSUnMapTbl[OSRdyTbl[OSIntExitY]]）; //2
if（OSPrioHighRdy!
=OSPrioCur） //3
{
OSTCBHighRdy =OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];
OSCtxSwCtr++;
OSIntCtxSw（）;
}
}
OS_EXIT_CRITICAL（）;//开中断
}
}
要理解1,2,3处的代码含义.首先要理解任务是如何调度的,所以先讲一下任务调度的核心算法:
a.数据结构:
1.就绪表:
就绪表包含两个变量,他们分别是OSRdyGrp（在uCOS_II.H中为OS_EXT INT8U OSRdyGrp;即8位无符号整型的全局变量）和OSRdyTb1[]（在uCOS_II.H中为OS_EXT INT8U OSRdyTbl[OS_RDY_TBL_SIZE];）
先分析OS_EXTINT8U OSRdyTbl[OS_RDY_TBL_SIZE];是怎么回事
#defineOS_LOWEST_PRIO 12//在OS_CFG.H中
这个宏定义了任务所能具有的最低优先级，那么此处共有从0到12共13个优先级，用户在代码移植时可以修改它，自定义所需要的优先级个数，但max（OS_LOWEST_PRIO）==63
#define OS_RDY_TBL_SIZE （（OS_LOWEST_PRIO）/8+1）//在uCOS_II.中
OS_RDY_TBL_SIZE用于确定数组OSRdyTbl[]的大小，如果OS_LOWEST_PRIO==63，则上述宏实际上为#define OS_RDY_TBL_SIZE 8，由于每个数组元素为8位，如果每一位表示一个优先级，则共有8*8=64个优先级
现在回到就绪表，操作系统将优先级分为8组,优先级从0到7分为第一组,对应于OSRdyGrp的第0位,从8到15分为第二组,对应于OSRdyGrp的第1位,以此类推,64个优先级就有下面的对应关系（OSRdyTb1[]每组元素的每一位代表一个优先级）:
OSRdyTb1[0]--------------优先级从0到7--------------OSRdyGrp第0位
OSRdyTb1[1]--------------优先级从8到15-------------OSRdyGrp第1位
OSRdyTb1[2]--------------优先级从16到23-------------OSRdyGrp第2位
OSRdyTb1[3]--------------优先级从24到31-------------OSRdyGrp第3位
OSRdyTb1[4]--------------优先级从32到39-------------OSRdyGrp第4位
OSRdyTb1[5]--------------优先级从40到47-------------OSRdyGrp第5位
OSRdyTb1[6]--------------优先级从48到55-------------OSRdyGrp第6位
OSRdyTb1[7]--------------优先级从55到63-------------OSRdyGrp第7位
现在再做如下对应:
当OSRdyTbl[0]中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第0位置1，
当OSRdyTbl[1]中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第1位置1，
当OSRdyTbl[2]中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第2位置1，
当OSRdyTbl[3]中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第3位置1，
当OSRdyTbl[4]中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第4位置1，
当OSRdyTbl[5]中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第5位置1，
当OSRdyTbl[6]中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第6位置1，
当OSRdyTbl[7]中的任何一位是1时，OSRdyGrp的第7位置1，
如果置1表示有任务进入就绪态,那么上面的表可以理解为:
OSRdyGrp的第N位（0<=N<=7）为1,那么在OSRdyTb1[N]中至少有一位是1,也就是说在OSRdyTb1[N]对应的任务中至少有一个任务处于就绪态
该表在OS_CORE.C中定义如下:
INT8U const OSMapTbl[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20,0x40,0x80};
//8位无符号整型常量数组
3.表（数组）OSUnMapTb1[]:
用于求出一个8位整型数最低位为1的位置
该数组在OS_CORE.C中定义如下:
INT8U const OSUnMapTbl[]={
0,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x00to0x0F*/
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x10to0x1F*/
5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x20to0x2F*/
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x30to0x3F*/
6,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x40to0x4F*/
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x50to0x5F*/
5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x60to0x6F*/
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x70to0x7F*/
7,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x80to0x8F*/
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0x90to0x9F*/
5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0xA0to0xAF*/
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0xB0to0xBF*/
6,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0xC0to0xCF*/
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0xD0to0xDF*/
5,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0, /*0xE0to0xEF*/
4,0,1,0,2,0,1,0,3,0,1,0,2,0,1,0 /*0xF0to0xFF*/
};
理解:
我把问题转化为:
“一个无符号的8位整数，如何确定最低位为1的位的位置？
”
即对于任意一个8位整型数，比如4，考虑它的二进制位中所有为1的位，确定最低位为1的位置（相对第0位的偏移），一般来讲首先想到的方法是移位的方法.如:
pos=0;//pos用于统计相对于第0位的偏移
while（!
（num&0x01））//与00000001按位于,如果最低位为1,退出循环,即找到最低位//为1的位
{
num=num>>1;//将二进制数右移一位
pos++;//进行一次移位,则pos加一
}
最后得到的pos就是所有位中为1的最低位的偏移量，但这样计算需要时间，尽管最多右移7次。
为了节省时间，使用的方法是“空间换时间”的办法，即把8位无符号数，所有可能的情况的都列了出来，共有256个数字，把每个数字的最低为1位的位置都预先计算好。
比如4对应二进制数为100,
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