RT-Thread内核之线程调度(5)

转载于: http://blog.csdn.net/lpjybn/article/details/46911559

5.线程切换的本质？

到现在我们知道，每个线程的执行需要一定的“物质”基础。首先，需要获得CPU的使用权，这就包括CPU内部各寄存器的使用，然后有自己独立的栈空间，这部分的空间每个线程应该各自独立。然后，每个线程都有一段独特的指令以完成特定的功能。由这些就组成了“线程上下文”，线程的切换就是线程上下文的切换。在RT-Thread中有两个架构相关的函数来完成这项工作：rt_hw_context_switch，rt_hw_context_switch_interrupt。

那么这两个函数有什么区别呢？显然，rt_hw_context_switch是在非中断中进行上下文切换，而rt_hw_context_switch_interrupt则是在中断上下文中完成线程切换的。这里以S3C2440处理为例：

/*******************************************************************************************

** 函数名称: rt_hw_context_switch

** 函数功能: 非中断中进行上下文切换

** 入口参数: from 被切出的线程的栈顶指针

** to 被切入的线程的栈顶指针

** 返回值: 无

** 调用:

*******************************************************************************************/

.globl rt_hw_context_switch

rt_hw_context_switch:

stmfd sp!, {lr} /** 将被中断的线程的下一条要执行的指令的地址压入栈中

* (LR存放下一条将要执行的指令地址)

stmfd sp!, {r0-r12, lr}/** 将LR,R12-R0寄存器依次入栈 */

mrs r4, cpsr /** 读取CPSR寄存器的值到R4中 */

stmfd sp!, {r4} /** 将R4寄存器的值(CPSR)压入栈中 */

mrs r4, spsr /** 读取SPSR寄存器的值到R4寄存器中 */

stmfd sp!, {r4} /** 将R4寄存器的值(SPSR)压入栈中 */

str sp, [r0] /** 将线程的栈顶指针保存到线程结构的sp中 */

ldr sp, [r1] /** 从新线程的线程结构的sp中取出该线程的栈顶指针 */

ldmfd sp!, {r4} /** 从线程的栈中弹出SPSR寄存器值到R4寄存器中 */

msr spsr_cxsf, r4 /** 将值写入SPSR寄存器中 */

ldmfd sp!, {r4} /** 从线程的栈中弹出CPSR寄存器值到R4寄存器中 */

msr spsr_cxsf, r4 /** 将值写入CPSR寄存器中 */

ldmfd sp!, {r0-r12, lr, pc}^ /** 恢复该线程其他寄存器的值PC,LR,R12 - R0 */

/*******************************************************************************************

** 函数名称: rt_hw_context_switch_interrupt

** 函数功能: 中断中进行上下文切换

** 入口参数: from 被切出的线程的栈顶指针

** to 被切入的线程的栈顶指针

** 返回值: 无

** 调用:

******************************************************************************************/

.globl rt_thread_switch_interrupt_flag

.globl rt_interrupt_from_thread

.globl rt_interrupt_to_thread

.globl rt_hw_context_switch_interrupt

rt_hw_context_switch_interrupt:

/** 1.判断rt_thread_switch_interrupt_flag变量的值是否为1 */

ldr r2, =rt_thread_switch_interrupt_flag /** 加载变量rt_thread_switch_interrupt_flag

* 的地址到r2寄存器中

ldr r3, [r2] /** 读取rt_thread_switch_interrupt_flag寄存器的值到R3寄存器中 */

cmp r3, #1 /** 判断rt_thread_switch_interrupt_flag的值是否为1 */

/** 如果rt_thread_switch_interrupt_flag值为1 */

beq _reswitch /** 如果rt_thread_switch_interrupt_flag值为1,跳转到标号_reswitch执行 */

mov r3, #1 /** 如果rt_thread_switch_interrupt_flag值为0,将其值设置为1 */

str r3, [r2]

ldr r2, =rt_interrupt_from_thread /** 加载rt_interrupt_from_thread变量的地址到R2寄存

* 器中

str r0, [r2] /** 将被切换出的线程的栈顶地址保存到变量rt_interrupt_from_thread中 */

_reswitch:

ldr r2, =rt_interrupt_to_thread /** 加载rt_interrupt_to_thread变量的地址到R2寄存器

* 中

str r1, [r2] /** 将被切入的线程的栈顶地址保存到变量rt_interrupt_to_thread中 */

mov pc, lr

/*******************************************************************************************

** 函数名称: rt_hw_context_switch_interrupt

** 函数功能: 中断中进行上下文切换

** 入口参数: from 被切出的线程的栈顶指针

** to 被切入的线程的栈顶指针

** 返回值: 无

** 调用:

*******************************************************************************************/

.globl rt_thread_switch_interrupt_flag

.globl rt_interrupt_from_thread

.globl rt_interrupt_to_thread

.globl rt_hw_context_switch_interrupt

rt_hw_context_switch_interrupt:

/** 1.判断rt_thread_switch_interrupt_flag变量的值是否为1 */

ldr r2, =rt_thread_switch_interrupt_flag/** 加载变量rt_thread_switch_interrupt_flag的地址到r2寄存器中 */

ldr r3, [r2] /** 读取rt_thread_switch_interrupt_flag寄存器的值到R3寄存器中 */

cmp r3, #1 /** 判断rt_thread_switch_interrupt_flag的值是否为1 */

/** 如果rt_thread_switch_interrupt_flag值为1 */

beq _reswitch /** 如果rt_thread_switch_interrupt_flag值为1,跳转到标号_reswitch执行 */

mov r3, #1 /** 如果rt_thread_switch_interrupt_flag值为0,将其值设置为1 */

str r3, [r2]

ldr r2, =rt_interrupt_from_thread /** 加载rt_interrupt_from_thread变量的地址到R2寄存器中 */

str r0, [r2] /** 将被切换出的线程的栈顶地址保存到变量rt_interrupt_from_thread中 */

_reswitch:

ldr r2, =rt_interrupt_to_thread /** 加载rt_interrupt_to_thread变量的地址到R2寄存器中 */

str r1, [r2] /** 将被切入的线程的栈顶地址保存到变量rt_interrupt_to_thread中 */

mov pc, lr

我们发现rt_hw_context_switch_interrupt并没有完成线程的切换，只是用全局变rt_interrupt_from_thread

和rt_interrupt_to_thread保存了被换出和换入的线程的栈顶指针，而真正的切换过程在中断处理中完成。

.globl rt_interrupt_enter

.globl rt_interrupt_leave

.globl rt_thread_switch_interrupt_flag

.globl rt_interrupt_from_thread

.globl rt_interrupt_to_thread

vector_irq:

stmfd sp!, {r0-r12,lr} /** 使用中断模式的栈空间来存储SVC模式下的PC, R12 - R0 */

bl rt_interrupt_enter /** 调用rt_interrupt_enter函数: 中断嵌套的层数加1 */

bl rt_hw_trap_irq /** 根据中断号去调用中断处理程序:由于中断处理程序是在IRQ模式执行,

* 因此系统是不支持中断嵌套的

bl rt_interrupt_leave /** 调用rt_interrupt_leave函数: 中断嵌套的层数减1 */

/** 在中断退出之前,判断rt_thread_switch_interrupt_flag变量的值是否为1 */

ldr r0, =rt_thread_switch_interrupt_flag /** 读取变量rt_thread_switch_interrupt_flag * 的地址到r0寄存器中

ldr r1, [r0] /** 读取变量rt_thread_switch_interrupt_flag的值 */

cmp r1, #1 /** 判断变量rt_thread_switch_interrupt_flag的值是否为1 */

beq _interrupt_thread_switch /** 如果为1说明在退出中断模式之前还需要进行任务切换工作;

* 如果为0则可以安全的退出中断模式了

ldmfd sp!, {r0-r12,lr} /** 恢复SVC模式下的各个寄存器值 */

subs pc, lr, #4 /** 继续从被中断点执行 */

_interrupt_thread_switch:

/** 1.将变量rt_thread_switch_interrupt_flag的值清0 */

mov r1, #0 /** 设置R1寄存器的值为0 */

str r1, [r0] /** 将变量rt_thread_switch_interrupt_flag的值设置为0 */

ldmfd sp!, {r0-r12,lr} /** 恢复保存在IRQ模式中的各寄存器值 */

stmfd sp!, {r0-r3} /** 将R0-R3寄存器入栈 */

mov r1, sp /** 将此时的栈指针保存在R1中 */

add sp, sp, #16 /** 将SP的值加16,SP重新指向R0-R3入栈时的位置 */

sub r2, lr, #4 /** 计算出被中断的线程的PC值保存到R2中 */

mrs r3, spsr /** 加载被中断的线程的CPSR寄存器值到R3寄存器中 */

orr r0, r3, #NOINT /** 屏蔽中断位 */

msr spsr_c, r0 /** 将设置后的值写回IRQ模式的SPSR寄存器中 */

ldr r0, =.+8 /** 通过反汇编查看: 是将下面第二条指令的地址存到R0中 */

movs pc, r0 /** movs指令会影响到CPSR,包括N,Z,C标志位,CPSR会被SPSR覆盖

* 因此执行此条指令相当于完成处理器从IRQ到SVC模式的切换

* 下面指令的sp将为SVC下的sp寄存器,而非IRQ模式的sp

stmfd sp!, {r2} /** 将被中断的线程的PC值入栈 */

stmfd sp!, {r4-r12,lr} /** 将被中断的线程的LR,R12-R4寄存器入栈 */

mov r4, r1 /** 将R1的值保存到R4 */

mov r5, r3 /** 将R3的值保存到R5(IRQ_SPSR) */

ldmfd r4!, {r0-r3} /** 将栈中保存的R0-R3寄存器值恢复 */

stmfd sp!, {r0-r3} /** 将R3-R0寄存器值入栈 */

stmfd sp!, {r5} /** 将旧任务的CPSR值入栈 */

mrs r4, spsr

stmfd sp!, {r4} /** 将旧任务的SPSR值入栈 */

/** 读取保存在变量rt_interrupt_from_thread的旧线程的sp值 */

ldr r4, =rt_interrupt_from_thread

ldr r5, [r4]

str sp, [r5] /** 保存换出任务的栈顶指针 */

/** 获取新线程的栈顶指针 */

ldr r6, =rt_interrupt_to_thread /** 加载变量rt_interrupt_to_thread的地址到R6寄存器

* 中

ldr r6, [r6] /** 加载变量rt_interrupt_to_thread的值到R6中 */

ldr sp, [r6] /** 加载变量rt_interrupt_to_thread的值到SP寄存器中 */

ldmfd sp!, {r4} /** 弹出新线程的SPSR寄存器值 */

msr SPSR_cxsf, r4

ldmfd sp!, {r4} /** 弹出新线程的CPSR寄存器值 */

msr CPSR_cxsf, r4

ldmfd sp!, {r0-r12,lr,pc} /** 弹出新线程的其他各寄存器,线程恢复 */

转载于:https://www.cnblogs.com/tureno/articles/7999942.html

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