（学习日记）2024.03.04：UCOSIII第六节：main函数+前六节总结

写在前面：
由于时间的不足与学习的碎片化，写博客变得有些奢侈。
但是对于记录学习（忘了以后能快速复习）的渴望一天天变得强烈。
既然如此
不如以天为单位，以时间为顺序，仅仅将博客当做一个知识学习的目录，记录笔者认为最通俗、最有帮助的资料，并尽量总结几句话指明本质，以便于日后搜索起来更加容易。


标题的结构如下：“类型”：“知识点”——“简短的解释”
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2024.03.04

  • 十四、UCOSIII：main()函数
    • 1、编写函数并仿真
    • 2、常见错误：
      • 1. 只有一个波峰
      • 2. 只有一条直线
  • 十五、UCOSIII：前十五章总结
    • 1、程序的关键
    • 2、PendSV异常的作用
    • 3、前六节代码的运行流程
      • 1. 手动配置任务1为 优先级最高的任务
      • 2.触发PendSV异常
      • 3. 运行异常代码，把当前运行的任务改成优先级最高的任务
      • 4. 运行任务1
      • 5. 手动配置任务2为 优先级最高的任务，然后触发PendSV异常
      • 6. 运行异常代码，把当前运行的任务改成优先级最高的任务
      • 7.运行任务2
      • 8. 手动配置任务1为 优先级最高的任务，然后触发PendSV异常
      • 9. 运行异常代码，把当前运行的任务改成优先级最高的任务
      • 10. 重复流程4 - 9，直至程序结束
    • 4、第六节之后代码的运行流程

十四、UCOSIII：main()函数

1、编写函数并仿真

main()函数在文件app.c中编写，其中app.c文件如下

/*
*******************************************************************
*                          包含的头文件
*******************************************************************
*/
#include"os.h"
#include"ARMCM3.h"/*
*******************************************************************
*                            宏定义
*******************************************************************
*//*
*******************************************************************
*                          全局变量
*******************************************************************
*/uint32_t flag1;
uint32_t flag2;/*
*******************************************************************
*                        TCB & STACK &任务声明
*******************************************************************
*/
#define  TASK1_STK_SIZE       20
#define  TASK2_STK_SIZE       20static   CPU_STK   Task1Stk[TASK1_STK_SIZE];
static   CPU_STK   Task2Stk[TASK2_STK_SIZE];static   OS_TCB    Task1TCB;
static   OS_TCB    Task2TCB;void     Task1( void *p_arg );
void     Task2( void *p_arg );/*
*******************************************************************
*                            函数声明
*******************************************************************
*/
void delay(uint32_t count);/*
*******************************************************************
*                            main()函数
*******************************************************************
*/
/*
* 注意事项：1、该工程使用软件仿真，debug需选择 Ude Simulator
*         2、在Target选项卡里面把晶振Xtal(Mhz)的值改为25，默认是12，
*              改成25是为了跟system_ARMCM3.c中定义的__SYSTEM_CLOCK相同，
*              确保仿真的时候时钟一致
*/
int main(void)
{OS_ERR err;/* 初始化相关的全局变量 */OSInit(&err);/* 创建任务 */OSTaskCreate ((OS_TCB*)      &Task1TCB,(OS_TASK_PTR ) Task1,(void *)       0,(CPU_STK*)     &Task1Stk[0],(CPU_STK_SIZE) TASK1_STK_SIZE,(OS_ERR *)     &err);OSTaskCreate ((OS_TCB*)      &Task2TCB,(OS_TASK_PTR ) Task2,(void *)       0,(CPU_STK*)     &Task2Stk[0],(CPU_STK_SIZE) TASK2_STK_SIZE,(OS_ERR *)     &err);/* 将任务加入到就绪列表 */OSRdyList[0].HeadPtr = &Task1TCB;OSRdyList[1].HeadPtr = &Task2TCB;/* 启动OS，将不再返回 */OSStart(&err);
}/*
*******************************************************************
*                           函数实现
*******************************************************************
*/
/* 软件延时 */
void delay (uint32_t count)
{for (; count!=0; count--);
}/* 任务1 */
void Task1( void *p_arg )
{for ( ;; ) {flag1 = 1;delay( 100 );flag1 = 0;delay( 100 );/* 任务切换，这里是手动切换 */OSSched();}
}/* 任务2 */
void Task2( void *p_arg )
{for ( ;; ) {flag2 = 1;delay( 100 );flag2 = 0;delay( 100 );/* 任务切换，这里是手动切换 */OSSched();}
}

所有代码在本小节之前都有循序渐进的讲解，这里这是融合在一起放在main()函数中。
其实现在Task1和Task2并不会真正的自动切换，而是在各自的函数体里面加入了OSSched()函数来实现手动切换

/* 任务切换，实际就是触发PendSV异常，然后在PendSV异常中进行上下文切换 */
void OSSched (void)
{if( OSTCBCurPtr == OSRdyList[0].HeadPtr ){OSTCBHighRdyPtr = OSRdyList[1].HeadPtr;}else{OSTCBHighRdyPtr = OSRdyList[0].HeadPtr;}OS_TASK_SW();
}

OSSched()函数的调度算法很简单，即如果当前任务是任务1，那么下一个任务就是任务2，如果当前任务是任务2，那么下一个任务就是任务1， 然后再调用OS_TASK_SW()函数触发PendSV异常，最后在PendSV异常里面实现任务的切换。
在往后的章节中，我们将继续完善，加入SysTick中断， 从而实现系统调度的自动切换。

OS_TASK_SW()函数其实是一个宏定义，具体是往中断及状态控制寄存器SCB_ICSR的位28（PendSV异常启用位）写入1， 从而触发PendSV异常。OS_TASK_SW()函数在os_cpu.h文件中实现
在这里插入图片描述

仿真后可得flag1 和 flag2的图像为
在这里插入图片描述

2、常见错误：

1. 只有一个波峰

在这里插入图片描述
这个问题主要是编译器优化等级太低，导致堆栈冲突，OSTCBHighRdyPtr指针 和 OSTCBCurPtr指针在STMDB指令运行时被错误覆盖
在这里插入图片描述
此时 任务的切换 被破坏，系统陷入死循环，示波器 中只有一个波峰

解决方法是修改编译器优化等级
在这里插入图片描述
修改为O1或其他，可以挨个试
改完一定要 Build 才会生效

2. 只有一条直线

在这里插入图片描述
这个问题主要是编译器优化等级太高，导致时延函数被“优化”了
在这里插入图片描述
前面有绿块才代表被编译，delay直接被跳过去了
NND，偷我代码是吧！

解决办法为使用volatile关键字
volatile英文意思为易变的、易挥发的，在声明变量时加入这个关键字，意思就是告诉编译器这个变量随时能被外部修改，不要对此变量进行优化，代码中引用此变量必须访问内存中实际变量。

************************************************************************************************************************
*                                                    函数实现
************************************************************************************************************************
*/
/* 软件延时 */
void delay (volatile uint32_t count)
{for(; count!=0; count--);
}

给delay函数的 count变量加一个volatile关键字。
编译！仿真！
在这里插入图片描述

搞定！

参考资料：
C语言volatile用法/Keil编译器优化/delay被编译器优化

题外话：
这几个错误足足耗费了我三天时间，一点一点跟着代码看寄存器和变量的变化，不懂就搜，就查，提出各种猜测又全部否决
在这里插入图片描述
深夜公司里只有一个人，倒一杯热水看代码，喝第一口时水已经凉了
一个人的学习是漫漫长征，荆棘密布，坎坷不断。
但还好我们还有时间，与诸位共勉

十五、UCOSIII：前十五章总结

1、程序的关键

如果从头到尾把前六节做下来的话，可以体会到目前程序的关键
那就是 触发PendSV异常
即以下语句：

NVIC_INT_CTRL = NVIC_PENDSVSET

其中NVIC_INT_CTRL声明如下，即中断控制及状态寄存器 SCB_ICSR

#ifndef  NVIC_INT_CTRL
#define  NVIC_INT_CTRL    *((CPU_REG32 *)0xE000ED04)   /* 中断控制及状态寄存器 SCB_ICSR */
#endif

NVIC_PENDSVSET声明如下，即一个第28位为1的十六进制数

#ifndef  NVIC_PENDSVSET
#define  NVIC_PENDSVSET   0x10000000    /* 触发PendSV异常的值 Bit28：PENDSVSET */
#endif

不管是在每个任务中都会用到的OS_TASK_SW()函数

#define  OS_TASK_SW()    NVIC_INT_CTRL = NVIC_PENDSVSET

还是再启动函数OSStart(&err)中的任务切换函数OSStartHighRdy()

OSStartHighRdyLDR		R0, = NVIC_SYSPRI14              ; 设置  PendSV 异常优先级为最低LDR     R1, = NVIC_PENDSV_PRISTRB    R1, [R0]MOVS    R0, #0                           ; 设置psp的值为0，开始第一次上下文切换MSR     PSP, R0LDR     R0, =NVIC_INT_CTRL               ; 触发PendSV异常LDR     R1, =NVIC_PENDSVSETSTR     R1, [R0]CPSIE   I                                 ; 开中断

全部都是通过给中断控制及状态寄存器 SCB_ICSR赋值0x10000000来 触发PendSV异常

2、PendSV异常的作用

如果说程序的关键是触发PendSV异常
那么PendSV异常的作用就是 切换任务
在PendSV异常函数中，代码如下

;********************************************************************************************************
;                                          PendSVHandler异常
;********************************************************************************************************
PendSV_Handler
; 任务的保存，即把CPU寄存器的值存储到任务的堆栈中	CPSID   I                                 ; 关中断，NMI和HardFault除外，防止上下文切换被中断	MRS     R0, PSP                           ; 将psp的值加载到R0CBZ     R0, OS_CPU_PendSVHandler_nosave   ; 判断R0，如果值为0则跳转到OS_CPU_PendSVHandler_nosave; 进行第一次任务切换的时候，R0肯定为0;-----------------------一、保存上文-----------------------------
; 任务的切换，即把下一个要运行的任务的栈内容加载到CPU寄存器中
; 在进入PendSV异常的时候，当前CPU的xPSR，PC（任务入口地址），R14，R12，R3，R2，R1，R0会自动存储到当前任务堆栈，同时递减PSP的值
;--------------------------------------------------------------STMDB   R0!, {R4-R11}                     ; 手动存储CPU寄存器R4-R11的值到当前任务的堆栈LDR     R1, = OSTCBCurPtr                 ; 加载 OSTCBCurPtr 指针的地址到R1，这里LDR属于伪指令LDR     R1, [R1]                          ; 加载 OSTCBCurPtr 指针到R1，这里LDR属于ARM指令STR     R0, [R1]                          ; 存储R0的值到	OSTCBCurPtr->OSTCBStkPtr，这个时候R0存的是任务空闲栈的栈顶;-----------------------二、切换下文-----------------------------
; 实现 OSTCBCurPtr = OSTCBHighRdyPtr
; 把下一个要运行的任务的栈内容加载到CPU寄存器中
; 任务的切换，即把下一个要运行的任务的堆栈内容加载到CPU寄存器中
;--------------------------------------------------------------
OS_CPU_PendSVHandler_nosave  ; OSTCBCurPtr = OSTCBHighRdyPtr;LDR     R0, = OSTCBCurPtr                 ; 加载 OSTCBCurPtr 指针的地址到R0，这里LDR属于伪指令LDR     R1, = OSTCBHighRdyPtr             ; 加载 OSTCBHighRdyPtr 指针的地址到R1，这里LDR属于伪指令LDR     R2, [R1]                          ; 加载 OSTCBHighRdyPtr 指针到R2，这里LDR属于ARM指令STR     R2, [R0]                          ; 存储 OSTCBHighRdyPtr 到 OSTCBCurPtrLDR     R0, [R2]                          ; 加载 OSTCBHighRdyPtr 到 R0LDMIA   R0!, {R4-R11}                     ; 加载需要手动保存的信息到CPU寄存器R4-R11MSR     PSP, R0                           ; 更新PSP的值，这个时候PSP指向下一个要执行的任务的堆栈的栈底（这个栈底已经加上刚刚手动加载到CPU寄存器R4-R11的偏移）ORR     LR, LR, #0x04                     ; 确保异常返回使用的堆栈指针是PSP，即LR寄存器的位2要为1CPSIE   I                                 ; 开中断BX      LR                                ; 异常返回，这个时候任务堆栈中的剩下内容将会自动加载到xPSR，PC（任务入口地址），R14，R12，R3，R2，R1，R0（任务的形参）; 同时PSP的值也将更新，即指向任务堆栈的栈顶。在STM32中，堆栈是由高地址向低地址生长的。NOP                                       ; 为了汇编指令对齐，不然会有警告END                                       ; 汇编文件结束

可以清楚看到系统在这里只完成了一个操作

  • 实现OSTCBCurPtr = OSTCBHighRdyPtr，即把当前运行的任务改成优先级最高的任务，实现任务的切换

然后在每个任务完成后再触发PendSV异常，实现整个系统的流转运行

3、前六节代码的运行流程

省略初始化、宏定义、变量定义等等一系列流程，我们只看任务运行流程

1. 手动配置任务1为 优先级最高的任务

void OSStart (OS_ERR *p_err)
{if ( OSRunning == OS_STATE_OS_STOPPED ) {(1)/* 手动配置任务1先运行 */OSTCBHighRdyPtr = OSRdyList[0].HeadPtr;(2)/* 启动任务切换，不会返回 */OSStartHighRdy();(3)/* 不会运行到这里，运行到这里表示发生了致命的错误 */*p_err = OS_ERR_FATAL_RETURN;}else{*p_err = OS_STATE_OS_RUNNING;}
}

2.触发PendSV异常

;********************************************************************************************************
;                                          开始第一次上下文切换
; 1、配置PendSV异常的优先级为最低
; 2、在开始第一次上下文切换之前，设置psp=0
; 3、触发PendSV异常，开始上下文切换
;********************************************************************************************************
OSStartHighRdyLDR		R0, = NVIC_SYSPRI14              ; 设置  PendSV 异常优先级为最低LDR     R1, = NVIC_PENDSV_PRISTRB    R1, [R0]MOVS    R0, #0                           ; 设置psp的值为0，开始第一次上下文切换MSR     PSP, R0LDR     R0, =NVIC_INT_CTRL               ; 触发PendSV异常LDR     R1, =NVIC_PENDSVSETSTR     R1, [R0]CPSIE   I                                 ; 开中断

在这里插入图片描述

3. 运行异常代码，把当前运行的任务改成优先级最高的任务

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

4. 运行任务1

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

5. 手动配置任务2为 优先级最高的任务，然后触发PendSV异常

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

#define  OS_TASK_SW()   NVIC_INT_CTRL = NVIC_PENDSVSET

6. 运行异常代码，把当前运行的任务改成优先级最高的任务

在这里插入图片描述

7.运行任务2

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

8. 手动配置任务1为 优先级最高的任务，然后触发PendSV异常

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

9. 运行异常代码，把当前运行的任务改成优先级最高的任务

在这里插入图片描述

10. 重复流程4 - 9，直至程序结束

在这里插入图片描述

4、第六节之后代码的运行流程

在第七节及之后，我们将逐渐把任务切换交给SysTick中断， 从而实现系统调度的自动切换。

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