引言
目前，在嵌入式處理器芯片中，以ARM7為核心的處理器是應(yīng)用較多的一種。它具有多種工作模式，并且支持兩種不同的指令集（標(biāo)準(zhǔn)32位ARM指令集和16位Thumb指令集）。μC／OSII是專為嵌入式應(yīng)用設(shè)計的搶占式、多任務(wù)實時操作系統(tǒng)，可用于各類8位、16位和32位單片機(jī)或DSP。μC/OSII向ARM7移植具有得天獨厚的優(yōu)點，所以“μC/OSII+ARM7”成為廣泛應(yīng)用的一款平臺。
不管是哪種型號的ARM處理器，也無論該嵌入式系統(tǒng)中是否有操作系統(tǒng)，在計算機(jī)與外界實時交互的過程中，中斷技術(shù)都是一項關(guān)鍵的技術(shù)。當(dāng)外部事件發(fā)生時，CPU必須及時響應(yīng)中斷以實現(xiàn)對相應(yīng)事件的處理，因此能否中斷嵌套是影響嵌入式系統(tǒng)實時性能的主要因素。
1 ARM7的中斷處理
ARM7處理器的中斷主要有兩種，本文主要討論IRQ中斷異常的響應(yīng)機(jī)制。當(dāng)中斷請求IRQ到來使CPU進(jìn)入中斷響應(yīng)時，CPU將會自動完成下列工作：首先，將PC、CPSR的當(dāng)前值存入中斷模式的LR、SPSR中；然后，操作CPSR中的運行狀態(tài)位，使CPU進(jìn)入中斷模式并關(guān)閉中斷；最后將PC的值改成0x00000018，從而使CPU的執(zhí)行跳轉(zhuǎn)到IRQ中斷入口0x00000018處。異常向量表中的0x00000018處使用一條“LDR PC,[PC,#0xff0]”指令，在IRQ處使用的這條指令與其他向量不同。當(dāng)CPU執(zhí)行這條指令但還沒有跳轉(zhuǎn)時，PC的值為0x00000020（因為ARM7TDMI內(nèi)核是三級流水結(jié)構(gòu)），0x00000020減去0x00000FF0為0xFFFFF030,這是VIC的特殊寄存器VICVectAddr的地址單元。這個寄存器保存當(dāng)前將要服務(wù)的IRQ的中斷服務(wù)程序的入口，故讀取VICVectAddr寄存器的值，然后放入PC程序指針，即跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)中斷服務(wù)程序，從而使CPU開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序。
2 Handler宏分析
“μC/OSII+ARM7”系統(tǒng)中，只使用了ARM7的IRQ中斷。由于不同的ARM芯片的中斷系統(tǒng)并不完全一樣，因此不可能編寫出對所有使用ARM核的處理器通用的中斷及時鐘節(jié)拍移植代碼。但是，為了使用戶用C語言編寫中斷服務(wù)程序時不必為處理器的硬件區(qū)別而困擾，這里根據(jù)μC/OSII對中斷服務(wù)程序的要求以及ARM7體系結(jié)構(gòu)和ADS編譯器的特點，編寫了一個適用于所有基于ARM7核處理器的匯編宏--Handler。這個宏實現(xiàn)了“μC/OSII+ ARM7”中斷服務(wù)程序的匯編語言代碼與C語言函數(shù)代碼之間的通用接口。其作用是對用戶的C語言中斷處理程序進(jìn)行包裝，只有通過這個包裝之后，系統(tǒng)才能執(zhí)行用戶的中斷處理程序。
中斷服務(wù)程序流程如圖1所示。在進(jìn)入Handler宏中，首先保存LR、SPSR以及相關(guān)寄存器的值于中斷模式下的堆棧中，以便于斷點恢復(fù)。然后使記錄系統(tǒng)中斷次數(shù)的全局變量OSIntNeSTing加1并關(guān)中斷切換到系統(tǒng)模式，調(diào)用C語言中斷處理程序。在執(zhí)行完中斷處理程序后，調(diào)用出中斷函數(shù)，以獲取最高優(yōu)先級就緒任務(wù)的任務(wù)控制塊指針和任務(wù)優(yōu)先級。返回中斷模式后，通過比較當(dāng)前任務(wù)與待切換任務(wù)的優(yōu)先級，判斷是否進(jìn)行任務(wù)切換，最后返回斷點。
圖1 中斷服務(wù)程序流程
IRQ異常處理代碼的匯編部分--Handler宏：
MACRO
$IRQ_Label HANDLER $IRQ_ExcepTION_Function
EXPORT $IRQ_Label;輸出的標(biāo)號
IMPORT $IRQ_Exception_Function;引用的外部標(biāo)號
$IRQ_Label
SUB LR, LR, #4;計算返回地址
STMFD SP!, {R0R3, R12, LR};保存任務(wù)環(huán)境
MRS R3, SPSR;保存狀態(tài)
STMFD SP, {R3,SP,LR}^;保存用戶狀態(tài)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)
;切換到系統(tǒng)模式以便對相關(guān)寄存器進(jìn)行操作
