【飞思卡尔“新”礼三重奏】 jasonwangse的方案

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在一些对实时性有要求的场合中，对于应用开发者来说，系统上能运行一个实时操作系统是一个多么惬意的事情。早期的8位MCU，ROM和RAM空间均有限，即使花了很大的力气在上面实现了一个操作系统，再在上面跑应用已经是“无地自容”了。Kinetis E系列MCU有64K的ROM和4K的RAM，再加上内部时钟等浑然天成的外设，在上面运行一个小型的操作系统已经是绰绰有余了。我计划在Kinetis E开发板上将uC/OS II跑起来，并通过UART、Timer以及I2C等简单的外围设备做以验证，实现一个小型的实时操作系统，可以在一些有实时性要求的场景中使用。期望开发板～

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对于移植一个操作系统而言，关键的就是三点：1.内存的映射及管理；2.异常及中断的实现与适配；3.任务调度时现场的保存，我们从最基本的开始做起：内存的映射和管理。由于Cortex-M0+支持的是ARMv6的MPU模块，我们就结合这个MPU模块和M0+本身的内存映射来分析操作系统内存的映射及管理。

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1.内存的映射及管理
对于内存映射，参考MKE02Z64VQH2的Reference Manual之后发现，这款M0+的MCU是没有MPU模块的，也就是说没有了内存访问权限的限制。这样，内存视图就是完全按照手册中第四章的system memory map来定义就可以了。不过针对SRAM，分成了SRAM_L: Lower SRAM（0x1FFF_FC00–0x1FFF_FFFF）和SRAM_U: Upper SRAM（0x2000_0000–0x2000_0BFF）两个区域；而CPU的两种模式下SP又可以分别指定为PSP和MSP，我们计划将Handler mode的栈空间设定在SRAM_L区域，将数据段、堆以及Thread mode的栈空间设定在SRAM_H区域。其他的注意细节暂时还没考虑到。

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2.异常及中断的实现与适配
由于Handler mode的栈空间设定在了SRAM_L区域，而Handler mode只能使用MSP，所以在系统初始化时将MSP设置在SRAM_L的高端，将PSP设置在SRAM_H的高端（M0+采用的是满递减堆栈的处理方式）。并且由于系统复位时为Thread mode，且会从0地址取SP的初始值，应将其填充为SRAM_H的高端。
接下来我们来考虑异常和中断，M0+共有7种异常，其中
IRQ为中断，像手册中提到的，我们计划用ISR处理程序来处理所有的IRQ中断，即异常向量表中IRQ0～IRQn指向的都是同一入口。再由这个中断处理入口来分析是什么中断，再去分别处理。
其他的异常中，我们只考虑PendSV和SysTick异常，因为这两异常也是M0+专门为OS设计的，我们要好好利用。用PendSV异常来处理上下文切换，类似uC/OS II在x86下的0x80软中断一样。另外我们使用SysTick异常来处理系统时钟中断，用它来做系统的tick。
由于M0+异常现场的保护工作都是由硬件完成的，会对R0～R3，R12，LR，PC，PSR压栈，所以在异常处理函数中，我们只需要将其余要使用的通用寄存器压栈即可。中断返回时也一样，将其与通用寄存器出栈后，只需要将LR的内容（EXC_RETURN）POP到PC寄存器即可完成现场恢复。

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3.任务调度时现场的保存
由于我们的设计将OS的任务运行在Thread mode，异常和中断运行在Handler mode，Thread mode使用PSP作为栈指针，Handler mode使用MSP作为栈指针，所以在uC/OS II中OS_TCB的OSTCBStkPtr应为任务切换时PSP的值。
需要注意的一点就是M0+在进入异常时，现场保护的工作是由硬件来完成的，手册中也给出了PushStack的伪代码，同样异常返回时的现场恢复工作也是由硬件来完成的
PushStack()
if CONTROL.SPSEL == '1' && CurrentMode == Mode_Thread then
  frameptralign = SP_process;
  SP_process = (SP_process - 0x20) AND
    NOT(ZeroExtend('100',32));
  frameptr = SP_process;
else
  frameptralign = SP_main;
  SP_main = (SP_main - 0x20) AND NOT(ZeroExtend('100',32));
  frameptr = SP_main;
MemA[frameptr,4] = R[0];
MemA[frameptr+0x4,4] = R[1];
MemA[frameptr+0x8,4] = R[2];
MemA[frameptr+0xC,4] = R[3];
MemA[frameptr+0x10,4] = R[12];
MemA[frameptr+0x14,4] = LR;
MemA[frameptr+0x18,4] = ReturnAddress();
MemA[frameptr+0x1C,4] = （xPSR:frameptralign:xPSR);
所以我们在做任务切换时，除了需要将其余寄存器的值恢复到要切换的那个任务的现场外，还需要将任务切换前硬件保存的现场做相应的修改。即PSP堆栈中R0～R3，R12，LR都需要恢复成要切换的那个任务的现场，也就是说要在PendSV异常退出前，将Thread mode堆栈中存储的这些寄存器的值都替换为要切换的那个任务。
不过有一点还没考虑好，就是中断中的任务切换是直接调用切换程序去处理呢，还是也和任务中一样，通过触发PendSV异常来处理呢？我再分析分析。。。

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已经看到第二周的名单中有我，我要继续努力了，既然能拿到开发板了，那么就一定要在真实环境下将uC/OS II跑起来。我争取总结一份移植的文档，将开发过程中的点点滴滴都记录下来，和大家一起分享～