OSTaskStkInit()：任務堆棧結構的初始化

OSTaskStkInit()：任務堆棧結構的初始化

OSTaskCreate()和OSTaskCreateExt()通過調用OSTaskStkInit()，初始化任務的棧結構。因此，堆棧看起來就像中斷剛發生過一樣，所有寄存器都儲存在堆棧中。OSTaskStkInit()的示意性代碼如下所示。

OSTaskStkInit()的示意性代碼L：

 

OS_STK *OSTaskStkInit (void(*task)(void *pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT16U opt)

{

   類比帶參數(pdata)的函數調用; // (1)

    類比ISR向量; //(2)

   按照預先設計的寄存器值初始化堆棧結構; // (3)

   返回棧頂指標給調用該函數的函數; // (4)

}

 

下圖顯示了OSTaskStkInit()在建立任務時，任務棧應該初始化成何種形式。

注意：在這裡假定堆棧是從上往下遞減的。下面的討論同樣適用於以相反方向從下往上遞增的堆棧結構。

以下的程式清單給出了OSTaskCreate()，OSTaskCreateExt()及OSTaskStkInit()的函數原型，其中參數task，pdata，ptos及opt是調用OSTaskStkInit()函數時須傳遞過去的參數。因為只有OSTaskCreate()函數不支援附加的opt選項，因此，當OSTaskCreate()調用OSTaskStkInit()時，將opt設定為0x0000。

程式清單：

 

INT8U OSTaskCreate(void (*task)(void*pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT8U prio);

INT8U OSTaskCreateExt(void (*task)(void*pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT8U prio, INT16U id, OS_STK*pbos, INT32U stk_size, void *pext, INT16U opt);

OS_STK *OSTaskStkInit(void (*task)(void*pd), void *pdata, OS_STK *ptos, INT16U opt);

 

回顧一下，任務可以是一個無限的迴圈，也可以在一次執行完畢後被刪除掉。這裡要注意的是，任務代碼並不是被真正地刪除了，而只是uC/OS-II不再理會該任務代碼，所以該任務代碼不會再運行。任務看起來與任何C函數一樣，具有一個傳回型別和一個參數，只是它決不返回。任務的傳回型別必須定義成void型。

也就是說，在uC/OS-II中，任務是一個無限的迴圈，其他部分看起來與別的C函數沒有什麼不同。

當uC/OS-II讓任務開始執行時，任務就會收到一個參數，好像是被其他任務調用了，如以下代碼所列。

任務代碼：

 

void MyTask(void *pdata)

{

   

    for(;;){

       

    }

}

 

如果是從其他函數中調用MyTask()，那麼C編譯器就會先將調用MyTask()函數的返回地址儲存到堆棧中，再將參數儲存到堆棧中。OSTaskStkInit()需要模仿編譯器的這種動作。實際上有些編譯器會將pdata參數放在一個或多個寄存器中傳遞，後面會討論這類情況。

F(1)

L(1)假定pdata會被編譯器儲存到堆棧中，OSTaskStkInit()就會模仿編譯器的這種行為，將pdata儲存到堆棧中。

F(2)

L(1)與C函數的調用不一樣的是，調用者的返回地址是未知的，因為該函數根本就沒有被調用，只是為了建立一個任務的堆棧結構，好像這段任務代碼被調用過一樣。OSTaskStkInit()函數僅僅知道任務的起始地址(是作為參數傳遞過來的)。換言之，也不需要知道返回地址，因為任務並不再返回。

F(3)

L(2)這時，OSTaskStkInit()需將處理器的寄存器儲存到堆棧中。當處理器識別並開始執行中斷時，它會自動地完成該過程。一些處理器會將所有的寄存器都推入堆棧，而另一些處理器只將部分寄存器推入堆棧。一般而言，處理器至少需將程式計數器的值（中斷返回地址）和處理器的狀態字存入堆棧。很明顯，處理器是按一定的順序將寄存器推入堆棧的，而使用者在將寄存器推入堆棧時，也就必須依照這一順序。

F(4)

L(3)OSTaskStkInit()需要將剩下的處理器寄存器儲存到堆棧中。入棧的順序取決於處理器是否允許按不同順序操作。有些處理器用一條指令就可以一次將全部寄存器都儲存起來，有些則要幾條指令。必須嚴格按照處理器要求的入棧順序完成這一過程。例如，Intel80x86有PUSHA指令，可將8個寄存器推入堆棧；對Motorola68HC11處理器而言，在中斷響應期間，所有的寄存器都會按一定順序自動地儲存到堆棧中。所以在初始化堆棧時，也必須符合這一順序。

F(5)

L(4)在初始化堆棧以後，OSTaskStkInit()應當返回堆棧指標所指向的地址。OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()得到這個地址，並且儲存在任務控制塊中。處理器的文檔應該告訴使用者，堆棧指標是指向下一個可以使用的堆棧空間，還是指向上次入棧的資料。例如80x86就是指向上次儲存的資料，而Motorola的68HC11處理器是指向下一個可以使用的棧空間。

現在是討論這個問題的時候了：如果使用者的C編譯器用寄存器傳遞pdata參數，而不使用堆棧傳遞參數，該怎麼辦。請看下圖。

F(1)

L(1)同上一種情況類似，OSTaskStkInit()模仿調用應用程式任務代碼的情況，將任務起始地址儲存在堆棧中。

F(2)

L(2)同樣地，OSTaskStkInit()將寄存器儲存到堆棧中。當處理器識別並開始執行中斷時，自動地將寄存器推入堆棧中。一些處理器會將所有的寄存器都推入堆棧，而另外一些處理器只將部分寄存器推入堆棧。一般而言，處理器至少需將程式計數器的值（中斷返回地址）和處理器的狀態字存入堆棧。很明顯，處理器是按一定的順序將寄存器推入堆棧的，而使用者在將寄存器推入堆棧時，也必須嚴格依照同樣的順序。

F(3)

L(3)OSTaskStkInit()會將其餘的處理器寄存器儲存到堆棧中。入棧的順序取決於處理器是否允許按不同順序操作。有些處理器可以使用一條指令將很多寄存器推入堆棧，有些則需要幾條指令。這時，應該類比出這些指令。因為編譯器是使用寄存器傳遞參數的（至少部分參數是通過寄存器傳遞的），所以應從相應文檔中弄清楚pdata是通過哪個寄存器傳遞的，並且將該寄存器也推入堆棧。

F(4)

L(4)在初始化堆棧後，OSTaskStkInit()函數應當返回堆棧指標所指向的地址。OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()得到這個地址並且儲存在任務控制塊中。再次強調，應該清楚堆棧指標是指向下一個空的堆棧空間，還是指向上次推入堆棧的值。

總結：OSTaskStkInit()函數由OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()調用，需要傳遞的參數是任務代碼的起始地址、參數指標(pdata)、任務堆棧頂端的地址和附加的opt選項，用來初始化任務的堆棧，初始狀態的堆棧類比發生一次中斷後的堆棧結構。堆棧初始化工作結束後，OSTaskStkInit()返回新的堆棧棧頂指標，OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()將指標儲存在任務的OS_TCB中。也就是說，調用OSTaskStkInit()給任務做一個初始的任務上下文堆棧。

uC/OS-II在80x86上的移植（OSTaskStkInit()部分）

下圖說明了OSTaskStkInit()初始化後的堆棧內容。請注意，圖中的堆棧結構不是調用OSTaskStkInit()任務之後的，而是新建立任務之後的。

以下為OSTaskStkInit()的程式清單：

程式清單L   OSTaskStkInit() void *OSTaskStkInit (void (*task)(void*pd), void *pdata, void *ptos, INT16U opt) {     INT16U*stk;     opt= opt;     stk= (INT16U *)ptos;     *stk--= (INT16U)FP_SEG(pdata);     *stk--= (INT16U)FP_OFF(pdata);     *stk--= (INT16U)FP_SEG(task);     *stk--= (INT16U)FP_OFF(task);     *stk--= (INT16U)0x0202;     *stk--= (INT16U)FP_SEG(task);     *stk--= (INT16U)FP_OFF(task);     *stk--= (INT16U)0xAAAA;     *stk--= (INT16U)0xCCCC;     *stk--= (INT16U)0xDDDD;     *stk--= (INT16U)0xBBBB;     *stk--= (INT16U)0x0000;     *stk--= (INT16U)0x1111;     *stk--= (INT16U)0x2222;     *stk--= (INT16U)0x3333;     *stk--= (INT16U)0x4444;     *stk= _DS;     return((OS_STK *)stk); }

 

L(1)

由於80x86堆棧是16位寬的（以字為單位），OSTaskStkInit()將建立一個指向以字為單位記憶體地區的指標，同時要求堆棧指標指向空堆棧的頂端。

L(2)

由於筆者使用的BorlandC/C++編譯器配置為用堆棧而不是寄存器來傳送參數pdata，所以此時參數pdata的段地址和位移量都將被儲存在堆棧中。

L(3)

堆棧中緊接著是任務函數的起始地址，理論上，此處應該為任務的返回地址，但在uC/OS-II中，任務函數必須為無限迴圈結構，不能有返回點。

L(4)

返回地址下面是狀態字(SW)，設定狀態字也是為了類比中斷髮生後的堆棧結構。堆棧中的SW初始化為0x0202，這將使任務啟動後允許中斷髮生；如果設為0x0002，則任務啟動後將禁止中斷。需要注意的是，如果選擇任務啟動後允許中斷髮生，則所有的任務運行期間中斷都允許；同樣，如果選擇任務啟動後禁止中斷，則所有的任務都禁止中斷髮生，而不能有所選擇。

如果確實需要突破上述限制，可以通過參數pdata向任務傳遞希望實現的中斷狀態。如果某個任務選擇啟動後禁止中斷，那麼其他的任務在啟動並執行時候需要重新開啟中斷。同時還要修改OS_TaskIdle()和OS_TaskStat()函數，在運行時開啟中斷。如果以上任何一個環節出現問題，系統就會崩潰。所以筆者還是推薦設定SW為0x0202，在任務啟動時開啟中斷。

L(5)

堆棧中還要留出各個寄存器的空間，注意寄存器在堆棧中的位置要和運行指令PUSHA，PUSH ES和PUSHDS的壓入堆棧的次序相同。上述指令在每次進入中斷服務程式時都會調用。

AX，BX，CX，DX，SP，BP，SI和DI的次序是和指令PUSHA的壓棧次序相同的。如果使用沒有PUSHA指令的80x86處理器，就要使用多個PUSH指令壓入上述寄存器，且順序要與PUSHA相同。在程式清單中每個寄存器被初始化為不同的值，這是為了調試方便。

L(6)

Borland編譯器支援偽寄存器變數操作，可以用_DS關鍵字取得CPUDS寄存器的值，程式清單中的標記處是用_DS直接把DS寄存器拷貝到堆棧中。

堆棧初始化工作結束後，OSTaskStkInit()返回新的堆棧棧頂指標，OSTaskCreate()或OSTaskCreateExt()將指標儲存在任務的OS_TCB中。

另外注意：OSStartHighRdy()將永遠不返回到OSStart()，因為OSStartHighRdy()被OSStart()調用的函數返回地址以及相關的上下文環境都沒有被儲存。