【正文】 儲器保護(hù) 無 8段存儲器保護(hù)單元 硬件除法 無 2— 12個時(shí)鐘周期 運(yùn)行速度 DMIPS/MHz DMIPS/MHz 功耗 mW/MHz mW/MHz 面積 mm2(僅內(nèi)核 ) mm2(內(nèi)核 +外設(shè) ) 193 ARM7TDMI的苦惱 執(zhí)行效率高 代碼密度低 ARM指令 執(zhí)行效率低 代碼密度高 Thumb指令 魚與熊掌不可兼得。 3 1100 三級流水線結(jié)構(gòu)的指令執(zhí)行順序 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 …… …… 程序存儲器 周期 1 周期 2 周期 3 周期 4 周期 5 周期 6 取指 譯碼 執(zhí)行 取指 譯碼 執(zhí)行 取指 譯碼 執(zhí)行 取指 譯碼 執(zhí)行 周期處理器執(zhí)行一條指令的三個階段 在第 4個周期，指令 1執(zhí)行完成，指令 2和指令 3流水線推進(jìn)一級，同時(shí)開始指令 4的取指處理。 MOV R0 0X00 MSR CONTROL R0 1111 CortexM3的編程模式 主堆棧和進(jìn)程堆棧 處理模式 線程模式 可用 MSP 始終使用 MSP 也可用 PSP 1112 CortexM3的編程模式 ? CortexM3內(nèi)核有兩個堆棧指針： MSP和 PSP 主堆棧和進(jìn)程堆棧 ? 結(jié)束復(fù)位后，所有代碼都使用主堆棧 ? 所有異常都使用主堆棧 ? 異常處理程序（例如 SVC）可以通過改變其在退出時(shí)使用的EXC_RETURN值來改變線程模式使用的堆棧。 1119 操作系統(tǒng)主堆棧和進(jìn)程堆棧切換過程 主堆棧 任務(wù) 1 任務(wù) 2 復(fù)位 SP 初始化 … 數(shù)據(jù) … 數(shù)據(jù) … 數(shù)據(jù) 棧底 棧底 棧底 棧頂 棧頂 棧頂棧頂 棧頂 棧頂 SP = MSP 1120 操作系統(tǒng)主堆棧和進(jìn)程堆棧切換過程 主堆棧 任務(wù) 1 任務(wù) 2 進(jìn)入異常 … 數(shù)據(jù) SP … 數(shù)據(jù) … 數(shù)據(jù) 棧底 棧底 棧底 … R0 SP SP = MSP 1121 操作系統(tǒng)主堆棧和進(jìn)程堆棧切換過程 主堆棧 任務(wù) 1 任務(wù) 2 退出異 常時(shí) 切換到任務(wù) 1 … 數(shù)據(jù) … 數(shù)據(jù) … 數(shù)據(jù) 棧底 棧底 棧底 … R0 SP SP = PSP 在 UCOSII下由 任務(wù) 1切換到任務(wù) 2，先進(jìn)入異常，再切換到任務(wù) 2 1122 主堆棧和進(jìn)程堆棧的切換 OSPendSV ...... LDR R0, [R6] 。 LR也用于異常返回。 非特權(quán)線程模式 在特權(quán)線程模式或特權(quán)處理模式下使用 MSR指令置位CONTROL[0] 特權(quán)處理 模式 出現(xiàn)異常 只能使用 SP_main 特權(quán)處理模式＋SP_main在前后臺和操作系統(tǒng)中用于中斷狀態(tài)。 MRS R0 CONTROL ORR R0, R0, 0x01 MSR CONTROL R0 在 處理模式 下，通過 MSR指令 臵位 CONTROL[0], 退出 處理模式進(jìn)入線程模式時(shí)切換到用戶訪問 。 1 198 三級流水線結(jié)構(gòu)的指令執(zhí)行順序 指令 1 指令 2 指令 3 指令 4 …… …… 程序存儲器 周期 1 周期 2 周期 3 周期 4 周期 5 周期 6 取指 譯碼 執(zhí)行 取指 譯碼 執(zhí)行 取指 譯碼 執(zhí)行 取指 譯碼 執(zhí)行 周期處理器執(zhí)行一條指令的三個階段 在第 2個周期， PC指向指令 2，此時(shí)指令1進(jìn)入三級流水線的譯碼階段，同時(shí)取出指令 2。 跟蹤端口的接口單元 （ TPIU） ， 用來連接跟蹤端口分析儀 。 190 CortexM3內(nèi)核概述 AHBLite ICode、 DCode和系統(tǒng)總線接口 APB專用外設(shè)總線 （ PPB） 接口 Bit band支持 ， bitband的原子寫和讀訪問 。 處理器狀態(tài)在進(jìn)入中斷時(shí)自動保存，中斷退出時(shí)自動恢復(fù)，不需要多余的指令。特點(diǎn)：門數(shù)目少，中斷延遲短。目前最便宜的基于該內(nèi)核的 ARM單片機(jī)售價(jià)為 1美元。 主要應(yīng)用于手提式通訊和消費(fèi)電子類設(shè)備。除了兼容 ARM7系列，而且能夠更加靈活的設(shè)計(jì)。 公司的特點(diǎn)是只設(shè)計(jì)芯片，而不生產(chǎn)。 定義函數(shù) OSCtxSw實(shí)現(xiàn)用戶級上下文切換，用純匯編實(shí)現(xiàn)。 變量加一，記錄系統(tǒng)啟動以來的時(shí)鐘滴答數(shù) } 165 OSTimeTick( void ) 令指針指向第一個任務(wù) 是否是空閑任務(wù) ？ 任務(wù)是否存在延時(shí) ？ 延時(shí)數(shù)減一 延時(shí)數(shù)是否為 0？ 如果條件合適 ， 將該 任務(wù)放入就緒列表 令指針指向下一個任務(wù) OSTime++ 返回 是 否 是 否 是 否 空閑任務(wù)總是最后一個任務(wù) 對任務(wù)表進(jìn)行掃描 預(yù)定的延時(shí)到了， 就應(yīng)該在使任務(wù)處于就緒 條件是：任務(wù)沒有處于掛起態(tài) 任務(wù)沒有延時(shí)的話忽略即可 166 時(shí)間 任務(wù)一 任務(wù)二 OSStart Time Tick Time Tick 1 25 50 Time Tick 空閑任務(wù) 167 總結(jié) 不存在一個內(nèi)核任務(wù) /實(shí)體，內(nèi)核的管理是通過調(diào)用系統(tǒng)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)的。 } } 164 void OSTimeTick (void) { OS_TCB *ptcb。 獲取準(zhǔn)備就緒組里最高優(yōu)先級的任務(wù) if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) { OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy]。= ~OSTCBCurOSTCBBitY。 OSPrioHighRdy = (INT8U)((y 3) + x)。 OSTaskCreate (Task2, (void *)amp。 Task2Data++。 } 155 任務(wù)的格式 每個任務(wù)不能占用全部 CPU的資源 需要有等待，或延時(shí)等系統(tǒng)調(diào)用 典型的一個無限循環(huán)。 P()操作減少信號量的值，如果新的信號量的值不大于 0,則操作阻塞； V()操作增加信號量的值。 /*指向消息或消息隊(duì)列的指針 */ INT8U OSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE]。 假設(shè)優(yōu)先級為 12， 1 100b OSRdyGrp |=0x02； OSRdyTbl[1] |=0x10。 而優(yōu)先級為 21的任務(wù)就緒 21=10 101b， 則 OSRdyTbl[2]的第 5位置 1， 且 OSRdyGrp的第 2位置 1,相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： OSRdyGrp |=0x04； OSRdyTbl[2] |=0x20。 INT8U OSTCBPrio。 所有的任務(wù)控制塊分為兩條鏈表，空閑鏈表和使用鏈表。 131 What is uC/OS? u: Micro C:control uC/OS : 適合于小的、控制器的操作系統(tǒng) 小巧 公開源代碼，詳細(xì)的注解 可剝奪實(shí)時(shí)內(nèi)核 可移植性強(qiáng) 多任務(wù) 確定性 132 The Story of uC/OS 美國人 Jean Labrosse 1992年編寫的 商業(yè)軟件的昂貴 應(yīng)用面覆蓋了諸多領(lǐng)域，如照相機(jī)、醫(yī)療器械、音響設(shè)備、發(fā)動機(jī)控制、高速公路電話系統(tǒng)、自動提款機(jī)等 1998年 uC/OSII，目前的版本 uC/OSII 133 概要 內(nèi)核結(jié)構(gòu) 任務(wù)以及調(diào)度機(jī)制 任務(wù)間通信 uC/OS的移植 在 PC機(jī)上運(yùn)行 uC/OS 134 任務(wù) task 典型的一個無限循環(huán)。在嵌入式應(yīng)用中，只有把 CPU嵌入到系統(tǒng)中，同時(shí)又把操作系統(tǒng)嵌入進(jìn)去，才是真正的計(jì)算機(jī)嵌入式應(yīng)用。中斷一旦被識別， CPU保存部分（或全部）上下文即部分或全部寄存器的值，跳轉(zhuǎn)到專門的子程序，稱為中斷服務(wù)子程序（ ISR）。因此絕大多數(shù)商業(yè)上銷售的實(shí)時(shí)內(nèi)核都是占先式內(nèi)核?；趦?yōu)先級的調(diào)度法指 CPU總是讓處在就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)先運(yùn)行。內(nèi)核提供的基本服務(wù)是任務(wù)切換。 —— 任務(wù) 120 嵌入式操作系統(tǒng) 基本概念 當(dāng)多任務(wù)內(nèi)核決定運(yùn)行另外的任務(wù)時(shí)，它保存正在運(yùn)行任務(wù)的當(dāng)前狀態(tài)，即 CPU寄存器中的全部內(nèi)容。為確保臨界區(qū)代碼的執(zhí)行，在進(jìn)入臨界區(qū)之前要關(guān)中斷，而臨界區(qū)代碼執(zhí)行完成以后要立即開中斷。 循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，這部分可以看成 后臺行為 ，后臺也可以叫做任務(wù)級。 18 嵌入式操作系統(tǒng) 概述 監(jiān) 控 程 序 操 作 系 統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 分時(shí)操作系統(tǒng) 多道批處理操作系統(tǒng) 時(shí) 間 先 后 適用于多個用戶共享系統(tǒng)資源 適用于計(jì)算中心等較大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 適用于嵌入式設(shè)備和有實(shí)時(shí)性要求的系統(tǒng)中 19 嵌入式操作系統(tǒng) 概述 監(jiān) 控 程 序 操 作 系 統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) 分時(shí)操作系統(tǒng) 多道批處理操作系統(tǒng) 時(shí) 間 先 后 適用于多個用戶共享系統(tǒng)資源 適用于計(jì)算中心等較大的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 適用于嵌入式設(shè)備和有實(shí)時(shí)性要求的系統(tǒng)中 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是我們介紹的重點(diǎn) 110 嵌入式操作系統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn) IEEE 的實(shí)時(shí) UNIX分委會認(rèn)為實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)應(yīng)具備以下的幾點(diǎn) : ?異步的事件響應(yīng) ?切換時(shí)間和中斷延遲時(shí)間確定 ?優(yōu)先級中斷和調(diào)度 ?搶占式調(diào)度 ?內(nèi)存鎖定 ?連續(xù)文件 ?同步 111 嵌入式操作系統(tǒng) 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn) 總的來說實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是事件驅(qū)動的，能對來自外界的作用和信號在限定的時(shí)間范圍內(nèi)作出響應(yīng)。 ? 嵌入式系統(tǒng)是一個技術(shù)密集、資金密集、高度分散、不斷創(chuàng)新的知識集成系統(tǒng)。 13 理解嵌入式系統(tǒng) ? 嵌入式系統(tǒng)是與應(yīng)用緊密結(jié)合的，是面向用戶、面向產(chǎn)品、面向應(yīng)用的。 ? 業(yè)界普遍采用的定義 ：嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 ? 嵌入式系統(tǒng)具有很強(qiáng)的專用性，可定制、可裁減，且必須結(jié)合實(shí)際系統(tǒng)需求進(jìn)行合理的裁減利用。發(fā)展到現(xiàn)在，廣泛使用的有三種操作系統(tǒng)即多道批處理操作系統(tǒng)、分時(shí)操作系統(tǒng)以及實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。時(shí)間相關(guān)性很強(qiáng)的關(guān)鍵操作一定是靠中斷服務(wù)程序來保證的。一旦這部分代碼開始執(zhí)行，則不允許任何中斷打入（這不是絕對的，如果中斷不調(diào)用任何包含臨界區(qū)的代碼，也不訪問任何臨界區(qū)使用的共享資源，這個中斷可能可以執(zhí)行）。實(shí)時(shí)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)過程，包括如何把問題分割成多個任務(wù)，每個任務(wù)都是整個應(yīng)用的某一部分，每個任務(wù)被賦予一定的優(yōu)先級，有它自己的一套 CPU寄存器和自己的棧空間。 —— 任務(wù)切換 121 嵌入式操作系統(tǒng) 基本概念 多任務(wù)系統(tǒng)中，內(nèi)核負(fù)責(zé)管理各個任務(wù)，或者說為每個任務(wù)分配 CPU時(shí)間，并且負(fù)責(zé)任務(wù)之間的通信。每個任務(wù)根據(jù)其重要程序的不同被賦予一定的優(yōu)先級。 —— 非占先式內(nèi)核 124 嵌入式操作系統(tǒng) 基本概念 當(dāng)系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間很重要時(shí)，要使用占先式內(nèi)核。 —— 任務(wù)優(yōu)先級 126 嵌入式操作系統(tǒng) 基本概念 中斷是一種硬件機(jī)制，用于通知 CPU有個異步事件發(fā)生了。 —— 時(shí)鐘節(jié)拍 129 嵌入式操作系統(tǒng) 使用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的必要性 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在目前的嵌入式應(yīng)用中用得越來越廣泛，尤其在功能復(fù)雜、系統(tǒng)龐大的應(yīng)用中顯得愈來愈重要。 缺點(diǎn) ：但是，使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)還需要額外的ROM/RAM開銷， 2~5%的 CPU額外負(fù)荷，以及