μC/OSII下的ARM7中断过程分析及优化方法

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引言

目前,在嵌入式处理器芯片中,以ARM7为核心的处理器是应用较多的一种。它具有多种工作模式,并且支持两种不同的指令集(标准32位ARM指令集和16位Thumb指令集)。μC/OSII是专为嵌入式应用设计的抢占式、多任务实时操作系统,可用于各类8位、16位和32位单片机或DSP。μC/OSII向ARM7移植具有得天独厚的优点,所以“μC/OSII+ARM7”成为广泛应用的一款平台。

不管是哪种型号的ARM处理器,也无论该嵌入式系统中是否有操作系统,在计算机与外界实时交互的过程中,中断技术都是一项关键的技术。当外部事件发生时,CPU必须及时响应中断以实现对相应事件的处理,因此能否中断嵌套是影响嵌入式系统实时性能的主要因素。

1  ARM7的中断处理

ARM7处理器的中断主要有两种,本文主要讨论IRQ中断异常的响应机制。当中断请求IRQ到来使CPU进入中断响应时,CPU将会自动完成下列工作:首先,将PC、CPSR的当前值存入中断模式的LR、SPSR中;然后,操作CPSR中的运行状态位,使CPU进入中断模式并关闭中断;最后将PC的值改成0x00000018,从而使CPU的执行跳转到IRQ中断入口0x00000018处。异常向量表中的0x00000018处使用一条“LDR PC,[PC,#0xff0]”指令,在IRQ处使用的这条指令与其他向量不同。当CPU执行这条指令但还没有跳转时,PC的值为0x00000020(因为ARM7TDMI内核是三级流水结构),0x00000020减去0x00000FF0为0xFFFFF030,这是VIC的特殊寄存器VICVectAddr的地址单元。这个寄存器保存当前将要服务的IRQ的中断服务程序的入口,故读取VICVectAddr寄存器的值,然后放入PC程序指针,即跳转到相应中断服务程序,从而使CPU开始执行中断服务程序。

2  Handler宏分析

“μC/OSII+ARM7”系统中,只使用了ARM7的IRQ中断。由于不同的ARM芯片的中断系统并不完全一样,因此不可能编写出对所有使用ARM核的处理器通用的中断及时钟节拍移植代码。但是,为了使用户用C语言编写中断服务程序时不必为处理器的硬件区别而困扰,这里根据μC/OSII对中断服务程序的要求以及ARM7体系结构和ADS编译器的特点,编写了一个适用于所有基于ARM7核处理器的汇编宏--Handler。这个宏实现了“μC/OSII+ ARM7”中断服务程序的汇编语言代码与C语言函数代码之间的通用接口。其作用是对用户的C语言中断处理程序进行包装,只有通过这个包装之后,系统才能执行用户的中断处理程序。

中断服务程序流程如图1所示。在进入Handler宏中,首先保存LR、SPSR以及相关寄存器的值于中断模式下的堆栈中,以便于断点恢复。然后使记录系统中断次数的全局变量OSIntNeSTing加1并关中断切换到系统模式,调用C语言中断处理程序。在执行完中断处理程序后,调用出中断函数,以获取最高优先级就绪任务的任务控制块指针和任务优先级。返回中断模式后,通过比较当前任务与待切换任务的优先级,判断是否进行任务切换,最后返回断点。

图1  中断服务程序流程

IRQ异常处理代码的汇编部分--Handler宏:

MACRO

$IRQ_Label HANDLER $IRQ_ExcepTION_Function

EXPORT $IRQ_Label;输出的标号

IMPORT $IRQ_Exception_Function;引用的外部标号

$IRQ_Label

SUB LR, LR, #4;计算返回地址

STMFD SP!, {R0R3, R12, LR};保存任务环境

MRS R3, SPSR;保存状态

STMFD SP, {R3,SP,LR}^;保存用户状态的R3、SP、LR

;OSIntNesting++

LDR R2,=OSIntNesting

LDRB R1, [R2]

ADD R1, R1, #1

STRB R1, [R2]

SUB SP, SP, #4*3

MSR CPSR_c, #(NoInt | SYS32Mode)

;切换到系统模式以便对相关寄存器进行操作

 

   来源:维库开发网
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