天天看点

【RTOS】堆栈与任务栈

目录

前言

概念

双堆栈指针要点

Cortex-M3寄存器介绍

寄存器图

简要介绍

知识

出入栈

入栈(压栈)

出栈

重点知识

异常的响应序列*

入栈

取向量

更新寄存器

小结知识*

FreeRTOS任务切换源码分析

话语

参考

本笔记基于 stm32+FreeRTOS。

李柱明博客:https://www.cnblogs.com/lizhuming/

本文链接:https://www.cnblogs.com/lizhuming/p/13811237.html

Cortex-M3 和 M4内核具有双堆栈指针。MSP 和 PSP

MSP:主堆栈指针

PSP:进程栈指针

用户程序、中断和中断嵌套都是用 MSP。

M3 内核所有寄存器压栈时有64B。

M4 内核所有寄存器压栈时有200B。(因为FPU(浮点运算单元)也要压栈)

通用寄存器组:

【RTOS】堆栈与任务栈

特殊功能寄存器组:

【RTOS】堆栈与任务栈

通用寄存器 R0-R7

R0-R7被称为低组寄存器。

所有指令都能访问它们。

字长全是32位,复位后不可预料。

通用寄存器 R8-R12

R0-R7被称为高组寄存器。

只有很少16位Thumb指令能访问它们,32位指令不受限制。

堆栈指针 R13(SP)

CM3处理器内核中央有两个堆栈指针,分别是MSP和PSP。

当前使用MSP,则PSP只能通过特殊指令(MRS,MSR指令)来访问。

缺省的堆栈指针,由OS内核、异常服务例程及所有需要特权访问的应用程序代码来使用。

PSP:线程堆栈指针

用于常规的应用程序代码。

注意:并不是每个应用都需要两个堆栈指针,简单的应用程序只需要MSP即可

连接寄存器 R14(LR)

保存调用子程序时返回的地址

连接寄存器 R15(PC)

出入栈用于上下文切换。

例子:stm32F103自动出入栈的寄存器有 R0-R3,R12,LR,PC,xPSR

入栈:上文保存

先自动压栈(进入异常时,硬件自动完成)

再手动压栈

出栈:下文加载

先手动出栈

再自动出栈(退出异常时,硬件自动完成)

参考《Cortex-M3 权威指南》第九章

当CM3开始响应一个中断时,会在它看不见的体内奔涌起三股暗流:

入栈:把8个寄存器的值压入栈(硬件完成)

取向量:从向量表中找出对应的服务程序入口地址

选择堆栈指针MSP/PSP,更新堆栈指针SP,更新连接寄存器LR,更新程序计数器PC

在入栈和取向量的工作都完毕之后,执行服务例程之前,还要更新一系列的寄存器:

SP:在入栈中会把堆栈指针(PSP或MSP)更新到新的位置。在执行服务例程后,

将由MSP负责对堆栈的访问。

PSR:IPSR位段(地处PSR的最低部分)会被更新为新响应的异常编号。

PC:在向量取出完毕后,PC将指向服务例程的入口地址,

LR:LR的用法将被重新解释,其值也被更新成一种特殊的值,称为“EXC_RETURN”,并且在异常返回时使用。EXC_RETURN的二进制值除了最低4位外全为1,而其最低4位则有另外的含义。 

以上是在响应异常时通用寄存器的变化。另一方面,在NVIC中,也伴随着更新了与之相关的若干寄存器。例如,新响应异常的悬起位将被清除,同时其活动位将被置位。

Cortex-M3 中发生异常时,会硬件压栈;

Cortex-M3 函数调用时是不会硬件压栈的,需要软件压栈。但是,用C语言时编译器会自动生成压栈的汇编语句。若用汇编编写,则需要手写压栈。

网友一句很好理解的话:

当程序跳到中断向量表时就会硬件自动压栈

进入异常后,异常不用LR寄存器(R14)保存返回地址,但是需要使用LR寄存器触发异常返回机制

stmdb sp!, {r3, r14}

r3 压栈保护,因为调用函数vTaskSwitchContext时可能会用到 r3 寄存器。

r14 压栈保护,因为调用函数vTaskSwitchContext时,r14将被改写。

任务切换的时候,在PendSV中断函数中,由于任务使用 PSP ,中断使用 MSP。如果在中断函数中调用函数或者中断嵌套时,压栈2,会覆盖 R14。PendSV结束返回时找不到正确的返回机制。

重要参考 《Cortex-M3权威指南》

主要参考野火、安富莱。

主要参考链接Cortex-M3通用寄存器

可能有用的参考中断与子程序调用问题