在DSP28335上使用RTOS的经验总结

一、前言

F28335棣属于TI C2000 DSP系列，它在电控相关的行业有较多的应用。但是因为种种原因，某些行业因为无“芯”可用，也会将它作为通用芯片使用。少得可怜的资料加上年代久远的CPU架构，要在这上面使用RTOS变得异常艰难。

二、混乱的SYS/BIOS

1.到底是SYS/BIOS、DSP/BIOS还是TI-RTOS？

28335官方主推使用的RTOS是SYS/BIOS，只是网络上几乎找不到实践项目，很多资料因为年代久远甚至描述得相互冲突。光是搞明白它们之间的关系，就花了我相当长的时间。

TI-RTOS：TI嵌入式生态系统的最新名称，它不仅包括了内核（SYS/BIOS）、还包含网络栈、文件系统等其他组件，适用于最新的TI CPU。
SYS/BIOS ：TI-RTOS 的内核，28335只适用于它
DSP/BIOS ：在一些老的资料中出现，其实它是SYS/BIOS的前身，在6.30版本改名SYS/BIOS
XDCtools ：包含了SYS/BIOS包，也是它的构建工具

2.不推荐使用SYS/BIOS的理由

虽然SYS/BIOS是官方钦点的RTOS系统，我却不推荐刚准备入坑的人在F28335上使用或学习它，原因有：

从官方用户手册来看，SYS/BIOS的使用和构建与主流OS差异较大，学习的收益极低；
DSP主要应用场景并不使用RTOS，因为成本和生态它的生存空间还不断被ARM挤压，感觉连TI自己都快放弃了。所以这极可能是一个大坑，出现了问题根本找不到相关资料。

三、移植UCOS的问题和改进

除了SYS/BIOS、网络资料中流传最广的是一份OS应用是由micrium的移植的ucosii代码，然而测试时却发现，这份代码存在不能调度抢断的问题。要理解和解决这个问题首先要从C2000系列CPU的栈空间架构和中断流程讲起。

1.28335的栈机制和中断流程

28335由于设计得比较早，并不具备常见的双堆栈机制，也就是说应用和中断会共用同一个栈。
根据手册和自己的测试，C2000的CPU级中断的过程如下（忽略外设级和PIE级）：

1、中断锁存至IFRx中（其中x为中断线号），如果IERx有效且INTM为0，CPU响应中断；
2、cpu保存上下文环境到栈空间（包括了IER寄存器状态）；
3、IFRx 置0，IERx置 0，INTM 置 1；
4、从向量表获取中断处理函数地址并执行；
5、恢复INTM，从栈空间恢复IER。
6、中断返回

2.问题分析

接下来以两个任务的系统调度为例看看为什么会发生异常。假设系统运行了两个任务，分别为线程A和B，当前运行线程A，接下来发生以下事件：
1.tick调度中断触发，CPU进入中断开始执行调度；
2.cpu因为中断保存上下文环境，此时IER被保存到线程A的栈空间；
3.调度器算法结果为系统切换到线程B；
4.切换SP到线程B的栈空间，为线程B恢复上下文环境；
5.继续执行中断第5步，即从线程B栈上下文环境恢复IER。
很显然，调度完成后，IERx并没有正确地在中断后恢复。如果线程B不主动执行调度切回到线程A，被置0的IERx将一直无法恢复，tick中断一直处于屏蔽状态，系统任务也无法完成切换。

3.IERx的恢复

IERx不能恢复这一坑，一度让我觉得无解，为此甚至使用了双定时器tick这样的骚操作。直到最近才找到较好的解决办法，timer tick函数的主要部分实现如下：

_KTS_TIMER2_ISR:
...; 保存任务上下文到TCB中
...; 获取IER值PUSH    ST1POP     ALTBIT    AL, #4SB      SPA_BIT_SET, TC ;TC = 1 跳到SPA_BIT_SET去获取IERMOV     AR7, *-SP[46]SB      SAVE_IER, UNC ； 已获取到IER, 跳到 SAVE_IER
SPA_BIT_SET:MOV     AR7, *-SP[48]
SAVE_IER:MOVL    *SP++, XAR7 ; 保存IER到当前任务的堆栈
...;  判断是任务主动执行的调度还是timer_tick函数触发;  timer_tick触发时执行tick处理函数
...LCR  _KTS_SV_Handle  ;  执行调度函数； 需要理解，IER的恢复是在下一个调度的任务中完成。MOVL    XAR7, *--SP  ; 从"上一个"任务的堆栈，获得IERMOVL    XAR0, #_kts_p_currentMOVL    XAR0, *XAR0MOVL    XAR0, *XAR0MOV     @SP, AR0  ; 切换到"新"任务
...; 从TCB中恢复"新"任务上下文环境
...

四、其他问题

DSP奇葩16位数据总线，不支持很多GNU特性，对初次上手的人非常不友好；
所有任务应用栈必须额外预留中断栈的空间，包括空闲任务。
TI的printf函数会在栈上申请520字的内存，打印浮点，还会额外再申请520字。所以，不是有特别有需求，可以放弃浮点打印并使用精简的mini-printf函数。

五、总结

考虑收益问题，资料匮乏的情况下，学习一项过时的技术是愚蠢的。因此，总结就是，有条件还是尽量换平台，如果实在要用，需要充分考虑填坑的难度。

参考资料

[TI-RTOS Kernel (SYS/BIOS)User’s Guide] https://www.ti.com.cn/cn/lit/ug/spru430f/spru430f.pdf?ts=1628091876454
[TI SYS/BIOS的创建工程实例] https://blog.csdn.net/xiaoluoshan/article/details/53785059
[micrium ucOSii_in_DSP28335] https://github.com/RanFang66/ucOSii_in_DSP28335
[TMS320x2833x, 2823x System Control and Interrupts Reference Guide]