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uCOS3实时操作系统（任务切换和任务API函数）

backend 2025/5/18 4:38:25

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任务切换
任务API函数

任务切换

µC/OS-III 将 PendSV 的中断优先级配置为最低的中断优先级，这么一来， PendSV 异常的中断服务函数就会在其他所有中断处理完成后才被执行。µC/OS-III 就是将任务切换的过程放到 PendSV 异常的中断服务函数中处理的。
要挂起 PendSV 异常（触发 PendSV 异常）也非常简单，只需将 ICSR 寄存器（中断控制状态寄存器）中断的 PENDSVSET 为置 1，即可挂起 PendSV 异常，再挂起 PendSV 异常后， PendSV的中断服务函数并不会立马被执行，但也不会被忽略，而是会等 CPU 处理完所有中断优先级不小于 PendSV 异常中断优先级的中断后，在再处理 PendSV 异常的中断处理函数。
发生任务切换的几种情况如下：
在 µC/OS-III 中有两个用于触发任务切换的函数，分别为函数 OSSched() 和函数 OSIntExit() ,这两个函数的不同在于，函数 OSSched() 是在任务中使用的，而函数 OSIntExit() 是用于中断中的。函数 OSSched() 和函数 OSIntExit() 的分析，知道了函数 OSSched() 和函数 OSIntExit() 分别调用了函数 OS_TASK_SW() 和函数 OSIntCtxSw() 挂起 PendSV 异常，以触发任务切换。
```
NVIC_INT_CTRL EQU 0xE000ED04 ; 中断控制状态寄存器的地址
NVIC_PENDSVSET EQU 0x10000000 ; PENDSVSET 位掩码
OSCtxSw
OSIntCtxSw
; 将 ICSR 寄存器中的 PENDSVSET 位置 1
; 挂起 PendSV 异常
LDR R0, =NVIC_INT_CTRL
LDR R1, =NVIC_PENDSVSET
STR R1, [R0]
BX LR
```
以上代码即为函数 OSCtxSw() 与函数 OSIntCtxSw() 就用于挂起 PendSV 异常的。

在函数 OSSched()和函数 OSIntExit()中会挂起 PendSV 异常，那么 PendSV 异常就能够在所有中断的中断服务函数处理完成后，执行任务切换的操作。
µC/OS-III 提供了 PendSV 异常的中断服务函数，以完成任务切换的操作，该函数为定义在文件 os_cpu_a.asm 中的标号 OS_CPU_PendSVHandler，具体的代码如下所示：

OS_CPU_PendSVHandler
; 屏蔽受 uC/OS-III 管理的中断
; 此处加上开关中断的操作，是为了解决 Cortex-M7，写入 BASEPRI 后不能即时生效的 Bug
CPSID I
MOV32 R2, OS_KA_BASEPRI_Boundary
LDR R1, [R2]
MSR BASEPRI, R1
DSB
ISB
CPSIE I
; 获取此时的 PSP，此时 PSP 为当前任务的任务的栈顶指针，R0 = PSP
MRS R0, PSP
; 判断是否使能 FPU; 如果使能了 FPU; 还需要判断 R14 的 bit4 是否为 1; 若是，则需要将浮点寄存器中的数据保存到任务栈中
IF {FPU} != "SoftVFP"
TST R14, #0x10
IT EQ
VSTMDBEQ R0!, {S16-S31}
ENDIF
; 将部分 CPU 寄存器的值模拟入栈到当前任务栈中; 另外，部分的 CPU 寄存器的值会在进入中断之前，自动入栈到任务栈中，; 其中就包含了进入中断前，任务执行到的位置（PC 值）
STMFD R0!, {R4-R11, R14}
; 更新当前任务的任务栈顶指针
; OSTCBCurPtr->StkPtr = R0
MOV32 R5, OSTCBCurPtr
LDR R1, [R5]
STR R0, [R1]
; 调用任务切换钩子函数，; 在调用之前保存 LR 寄存器的值
; R4 = LR
; OSTaskSwHook()
MOV R4, LR
BL OSTaskSwHook
; 设置 OSPrioCur 为最高就绪态任务优先级; OSPrioCur = OSPrioHighRdy
MOV32 R0, OSPrioCur
MOV32 R1, OSPrioHighRdy
LDRB R2, [R1]
STRB R2, [R0]
; 设置 OSTCBCurPtr 为最高就绪态任务; OSTCBCurPtr = OSTCBHighRdyPtr
MOV32 R1, OSTCBHighRdyPtr
LDR R2, [R1]
STR R2, [R5]
; 参考《The Definitive Guide to ARM Cortex-M3 and ARM Cortex-M4 Processors》第8.1.4 小节的 EXC_RETURN 章节; LR |= 0x2 ; 确保返回任务后使用 PSP
ORR LR, R4, #0x04
; 获取任务切换后任务的栈顶
; R0 = OSTCBHighRdyPtr->StkPtr
LDR R0, [R2]
; 从任务栈中模拟出栈 CPU 寄存器的值到 CPU 寄存器中; 另外，部分的 CPU 寄存器的值会在退出中断之后，自动从任务栈中出栈到 CPU 寄存器中; 其中就包含了任务上次被切换时，执行到的位置（PC 值）
LDMFD R0!, {R4-R11, R14}
; 判断是否使能 FPU; 如果使能了 FPU; 还需要判断 R14 的 bit4 是否为 1; 若是，则需要从任务栈中恢复初浮点寄存器中的数据
IF {FPU} != "SoftVFP"
TST R14, #0x10
IT EQ
VLDMIAEQ R0!, {S16-S31}
ENDIF
; 更新 PSP 指针为此时任务切换后任务的任务栈顶; 这个 PSP 为任务栈，在退出中断后，会自动从这个栈中出栈 CPU 寄存器的值，其中就包含了任务在上次被切换时，执行到的位置（PC 值）
; 那么在退出中断后，任务就可以从上次被切换时执行到的位置继续执行 PSP = R0
MSR PSP, R0
; 取消中断屏蔽，此处加上开关中断的操作，是为了解决 Cortex-M7，写入 BASEPRI 后不能即时生效的 Bug
MOV32 R2, #0
CPSID I
MSR BASEPRI, R2
DSB
ISB
CPSIE I
; 退出中断，此时就会根据 PC 指针的值跳转到任务切换后的任务中去执行
BX LR