μC/OSII操作系统下的ARM7中断过程分析及优化

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。

　　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)