RTT 内核移植接口

CortexM系列的内核移植

1.关闭中断

;/*
; * rt_base_t rt_hw_interrupt_disable(void);
; */
rt_hw_interrupt_disable    PROC      ;PROC 伪指令定义函数
    EXPORT  rt_hw_interrupt_disable  ;EXPORT 输出定义的函数，类似于 C 语言 extern
    MRS     r0, PRIMASK              ; 读取 PRIMASK 寄存器的值到 r0 寄存器
    CPSID   I                        ; 关闭全局中断
    BX      LR                       ; 函数返回
    ENDP                             ;ENDP 函数结束

2.打开中断

;/* ; * void rt_hw_interrupt_enable(rt_base_t level); ; */
rt_hw_interrupt_enable    PROC      ; PROC 伪指令定义函数
    EXPORT  rt_hw_interrupt_enable  ; EXPORT 输出定义的函数，类似于 C 语言 extern
    MSR     PRIMASK, r0             ; 将 r0 寄存器的值写入到 PRIMASK 寄存器
    BX      LR                      ; 函数返回
    ENDP                            ; ENDP 函数结束

3.线程栈初始化

rt_uint8_t *rt_hw_stack_init(void       *tentry,
                             void       *parameter,
                             rt_uint8_t *stack_addr,
                             void       *texit)
{
    
    struct stack_frame *stack_frame;
    rt_uint8_t         *stk;
    unsigned long       i;

    /* 对传入的栈指针做对齐处理 */
    stk  = stack_addr + sizeof(rt_uint32_t);
    stk  = (rt_uint8_t *)RT_ALIGN_DOWN((rt_uint32_t)stk, 8);
    stk -= sizeof(struct stack_frame);

    /* 得到上下文的栈帧的指针 */
    stack_frame = (struct stack_frame *)stk;

    /* 把所有寄存器的默认值设置为 0xdeadbeef */
    for (i = 0; i < sizeof(struct stack_frame) / sizeof(rt_uint32_t); i ++)
    {
    
        ((rt_uint32_t *)stack_frame)[i] = 0xdeadbeef;
    }

    /* 根据 ARM APCS 调用标准，将第一个参数保存在 r0 寄存器 */
    stack_frame->exception_stack_frame.r0  = (unsigned long)parameter;
    /* 将剩下的参数寄存器都设置为 0 */
    stack_frame->exception_stack_frame.r1  = 0;                 /* r1 寄存器 */
    stack_frame->exception_stack_frame.r2  = 0;                 /* r2 寄存器 */
    stack_frame->exception_stack_frame.r3  = 0;                 /* r3 寄存器 */
    /* 将 IP(Intra-Procedure-call scratch register.) 设置为 0 */
    stack_frame->exception_stack_frame.r12 = 0;                 /* r12 寄存器 */
    /* 将线程退出函数的地址保存在 lr 寄存器 */
    stack_frame->exception_stack_frame.lr  = (unsigned long)texit;
    /* 将线程入口函数的地址保存在 pc 寄存器 */
    stack_frame->exception_stack_frame.pc  = (unsigned long)tentry;
    /* 设置 psr 的值为 0x01000000L，表示默认切换过去是 Thumb 模式 */
    stack_frame->exception_stack_frame.psr = 0x01000000L;

    /* 返回当前线程的栈地址 */
    return stk;
}

3. 实现上下文切换

1） rt_hw_context_switch_to()：没有来源线程，切换到目标线程，在调度器启动第一个线程的时候被调用。

2） rt_hw_context_switch()：在线程环境下，从当前线程切换到目标线程。

3） rt_hw_context_switch_interrupt ()：在中断环境下，从当前线程切换到目标线程。

• 在线程环境下，可以马上进行上下文切换；
• 而在中断环境下，需要等待中断处理函数完成之后才能进行切换。

3.1在 Cortex-M 上下文切换

线程A运行过程中产生PendSV中断，进入中断函数之前硬件保存当前线程的 PSR、PC、LR、R12、R3-R0 ，进入中断函数后软件/手动保存 R11~R4 寄存器，接下来恢复线程B的R11~R4 寄存器，退出中断，硬件完成线程B的 R0~R3、R12、LR、PC、PSR 寄存器

3.2只有目标线程，没有来源线程的线程切换

rt_hw_context_switch_to()

;/* ; * void rt_hw_context_switch_to(rt_uint32_t to); ; * r0 --> to ; * this fucntion is used to perform the first thread switch ; */
rt_hw_context_switch_to    PROC
    EXPORT rt_hw_context_switch_to
    ; r0 的值是一个指针，该指针指向 to 线程的线程控制块的 SP 成员
    ; 将 r0 寄存器的值保存到 rt_interrupt_to_thread 变量里
    LDR     r1, =rt_interrupt_to_thread
    STR     r0, [r1]

    ; 设置 from 线程为空，表示不需要从保存 from 的上下文
    LDR     r1, =rt_interrupt_from_thread
    MOV     r0, #0x0
    STR     r0, [r1]

    ; 设置标志为 1，表示需要切换，这个变量将在 PendSV 异常处理函数里切换的时被清零
    LDR     r1, =rt_thread_switch_interrupt_flag
    MOV     r0, #1
    STR     r0, [r1]

    ; 设置 PendSV 异常优先级为最低优先级
    LDR     r0, =NVIC_SYSPRI2
    LDR     r1, =NVIC_PENDSV_PRI
    LDR.W   r2, [r0,#0x00]       ; read
    ORR     r1,r1,r2             ; modify
    STR     r1, [r0]             ; write-back

    ; 触发 PendSV 异常 (将执行 PendSV 异常处理程序)
    LDR     r0, =NVIC_INT_CTRL
    LDR     r1, =NVIC_PENDSVSET
    STR     r1, [r0]

    ; 放弃芯片启动到第一次上下文切换之前的栈内容，将 MSP 设置启动时的值
    LDR     r0, =SCB_VTOR
    LDR     r0, [r0]
    LDR     r0, [r0]
    MSR     msp, r0

    ; 使能全局中断和全局异常，使能之后将进入 PendSV 异常处理函数
    CPSIE   F
    CPSIE   I

    ; 不会执行到这里
    ENDP
    

3.2 从一个线程到另外一个线程的切换和中断内部的线程切换

rt_hw_context_switch()/ rt_hw_context_switch_interrupt()

;/* ; * void rt_hw_context_switch(rt_uint32_t from, rt_uint32_t to); ; * r0 --> from ; * r1 --> to ; */
rt_hw_context_switch_interrupt
    EXPORT rt_hw_context_switch_interrupt
rt_hw_context_switch    PROC
    EXPORT rt_hw_context_switch

    ; 检查 rt_thread_switch_interrupt_flag 变量是否为 1
    ; 如果变量为 1 就跳过更新 from 线程的内容
    LDR     r2, =rt_thread_switch_interrupt_flag
    LDR     r3, [r2]
    CMP     r3, #1
    BEQ     _reswitch
    ; 设置 rt_thread_switch_interrupt_flag 变量为 1
    MOV     r3, #1
    STR     r3, [r2]

    ; 从参数 r0 里更新 rt_interrupt_from_thread 变量
    LDR     r2, =rt_interrupt_from_thread
    STR     r0, [r2]

_reswitch
    ; 从参数 r1 里更新 rt_interrupt_to_thread 变量
    LDR     r2, =rt_interrupt_to_thread
    STR     r1, [r2]

    ; 触发 PendSV 异常，将进入 PendSV 异常处理函数里完成上下文切换
    LDR     r0, =NVIC_INT_CTRL
    LDR     r1, =NVIC_PENDSVSET
    STR     r1, [r0]
    BX      LR

4.实现时钟节拍

void SysTick_Handler(void)
{
    
    /* enter interrupt */
    rt_interrupt_enter();

    rt_tick_increase();

    /* leave interrupt */
    rt_interrupt_leave();
}