无MMU抢占式操作系统的抢占工作原理

• 线程基础原理
  

• 线程之间抢占
  

• 中断抢占线程
  

• 中断抢占中断

1.单核“单线程”

严格来说，单核处理器一次只能执行一条指令，也就是说只能“单线程”。（当然，多核处理器就不一样）

为了在单核处理器上运行多个线程，我们实际上需要定期在线程之间进行快速切换，以便用户感觉多个线程在并行运行。

比如处理器执行两个线程，处理器实际在两个线程之间来回切换，如下图：

2.处理器在线程之间切换，它是如何做到的？

我们说的单核处理器是“单线程”的，它有一组寄存器，我们就叫这组寄存器属于一个“线程”。

例如，计算两个数字的总和时：

//假设我们有两个整数：a和bint c = a + b ;

实际发生的情况如下所示（当然，它取决于的MCU类型，但总体思路是相同）：

# MIPS反汇编：
LW V0, -32744(GP) # "a" 的值从RAM加载到寄存器V0LW V1, -32740(GP) # 值"b" 从RAM加载到寄存器V1ADDU V0, V1, V0 # a、b值相加，结果保存到寄存器V0中SW V0, -32496(GP) # 寄存器V0的值存储在RAM中（变量c所在的位置）

你会发现上面执行了4个动作，但是抢占式操作系统可以在任何时候抢占另一个线程，包括在这4个动作之间。

假如在这过程中有其他线程抢占了，其他线程同样抢占了当前线程V0、 V1，如果不对V0、 V1进行保存，那么下次回来执行当前线程，结果就会出错。

所以，针对当前这种问题，我们就需要在切换线程之前，对V0、 V1的数值进行保存，当下次切换到当前线程，再恢复V0、 V1的数值，大致流程如下：

大概意思就是：当我们需要从一个线程切换到另一个线程时，内核获得控制权，执行必要的内务处理（至少要保存和恢复寄存器值），然后将控制权转移到下一个线程以运行。

• 将所有寄存器值保存到堆栈中（保存到线程A堆栈的顶部）；

• 将堆栈指针切换到线程B的堆栈顶部；

• 从堆栈（从线程B的堆栈顶部）恢复所有寄存器值；

• 使用被中断的线程堆栈；

• 为中断使用单独的堆栈空间；

• 线程自己的数据；

• 线程的上下文；

• 用于执行最坏情况的ISR的数据。

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