改进uC/OS II,减少内存使用量

发 布 时 间 : 2008-11-18 来 源 : 来自网络 作 者 : 匿名 浏 览 :

在以uC/OS为操作系统的项目中,系统可能要处理各种不同的中断请求,如果某个中断处理程序需要调用uC/OS的各种Post函数向任务发出消息,那么uC/OS建议中断服务程序的写法是:
1、保存全部CPU寄存器
2、调用OSIntEnter或OSIntNesting直接加1
3、执行用户代码做中断服务
4、调用OSIntExit
5、恢复所有CPU寄存器
6、执行中断返回指令
暂且称为“标准中断”方式,这种方式实际上是将这个中断处理加入了任务调度系统,也就是说这个中断可以引起任务的切换。

如果在中断处理中没有调用各种Post函数的话,则可以用一般的、象原来没有操作系统时的写法:
1、保存中断处理程序需要用到的CPU寄存器
2、执行中断处理
3、恢复保存了的CPU寄存器
4、执行中断返回指令
暂且称为“快中断”方式,按照这种方法定义的中断永远不会引起任务切换。

在uC/OS系统中,每个任务都要定义独立的栈空间,一个栈空间的使用包括5个部分:
1、任务包括的各个函数的调用返回地址
2、任务包括的各个函数中可能在栈上分配的局部变量
3、发生了“标准中断”方式定义的中断或任务被挂起时,所要保存的任务上下文
4、发生了“快中断”方式定义的中断时,中断处理程序所需要的栈空间
5、中断嵌套时,所要保存的中断嵌套上下文

在这些使用的部分中,1,2,3,4的内存占用量是比较容易估算的,最精确和保险的确定方法是:查看由C生成的asm文件,并计算各个函数的栈使用量。但是第5部分的栈空间使用量是随中断嵌套的深度而不断增加的,是不确定的,一般的方法只能定义一个充分大的栈空间,使之不会溢出。

为每个任务都定义一个充分大的栈空间,这在某些内存稀缺的小项目中是非常痛苦的,有时不得不增扩内存,这就会使成本增加。

我深入研究了uC/OS后,认为,可以将所有任务栈空间使用的第5部分合并,这样将会大大的降低整个系统对内存的需求。

uC/OS的任务调度是靠OS_Sched和OSIntExit来完成的,这两个函数中都要先判断一个叫 OSIntNesting的系统变量,如果OSIntNesting不为0,则不进行任务切换。也就是说:在OSIntNesting为1(当前只有一个中断在处理中,并且没有嵌套的中断)时起,如果发生了嵌套的中断(不管嵌套的层数有深),那么在所有嵌套的中断一层一层地都返回直到 OSIntNesting再次为1时止,任务栈是不会切换的(栈指针都在一个任务的栈空间中变化)。

据此,我们可以这样改动:设置一个缓冲区OSInterruptStk,作为嵌套中断的栈空间,由所有任务共享,中断服务程序改为:
1、保存全部CPU寄存器
2、调用OSIntEnter或OSIntNesting直接加1
增加:2.1、判断OSIntNesting是否等于1,如果不是则转到3
增加:2.2、将栈指针SP保存到OSTCBCur->OSTCBStkPtr
增加:2.3、将SP指向OSInterruptStk的栈顶(注意栈增长的方向)。
3、执行用户代码做中断服务
4、调用OSIntExit
增加:4.1、判断OSIntNesting是否等于0,如果不是则转到5
增加:4.2、从OSTCBCur->OSTCBStkPtr中恢复栈指针SP
5、恢复所有CPU寄存器
6、执行中断返回指令

并且要修改OSIntCtxSw函数,原始的OSIntCtxSw函数的写法是:
1、调整栈指针来去掉在调用:OSIntExit,OSIntCtxSw过程中入栈的多余内容
2、将当前任务栈指针保存到OSTCBCur中(OSTCBCur->OSTCBStkPtr = __SP__)
3、如果需要则调用OSTaskSwHook
4、OSTCBCur = OSTCBHighRdy
5、OSPrio = OSPrioHighRdy
6、从OSTCBCur中恢复栈指针(__SP__ = OSTCBCur->OSTCBStkPtr)
7、恢复保存了的CPU寄存器
8、执行中断返回指令

新的写法只需将原写法中的1,2去掉即可,因为1,2步只是保存旧任务的栈指针,而新的写法中,这些步被移到了“中断服务程序”中的2.2。

以上的修改已在我的项目中验证通过了



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