SPARC結構與實時內核的移植

中斷堆棧

由于編譯器不能在編譯之初就給外部中斷分配一個堆棧幀，所以需要根據常規(guī)的堆棧幀模擬一個執(zhí)行中斷服務程序的棧結構。由于中斷存在嵌套，即在中斷過程中發(fā)生更高優(yōu)先級中斷，并且在運行中斷服務子程序的時候有可能改變被中斷線程的寄存器值，所以在中斷服務子程序中有必要進行“保護現場”和“恢復現場”。這樣統(tǒng)一考慮，可以將中斷的棧結構設計成圖2所示的結構。其中，除了常規(guī)棧結構以外還包括具有控制信息的幾個寄存器%psr，%pc，%npc， %y，%tbr。和被中斷線程的另外兩組寄存器，global寄存器和inputs寄存器。因為當進入中斷服務子程序時，CWP已經減小了1，所以此時的inputs寄存器應該是被中斷線程的outputs寄存器。%g0寄存器的值永遠為0，所以就不再保存。同時這樣的結構能盡量使每組寄存器的第0個寄存器，如%i0，%l0，%g2，%o0的偏移量為8的倍數，可以使用雙字操作來優(yōu)化寄存器保存與恢復的時間。

3．任務切換功能實現

對于一個支持多任務的實時內核，在實現移植時，最基本的任務就是用CPU支持的匯編語言實現任務切換的功能，在uC/OS中就是實現OSCtxSw( )的功能。

任務堆棧初始化

一般內核在創(chuàng)建新任務時都將初始化一個新的任務堆棧，其包含有該任務的入口地址信息，即在任務切換函數中需要設置的PC值。設置當前的堆棧指針(SP)，當前堆棧幀指針(FP），處理器狀態(tài)寄存器(PSR)中與寄存器窗口相關的值等。

任務堆棧的設計可以同中斷堆棧的結構相同。由于任務切換更接近于子線程的調用，所以在進行上下文切換時只需保存PSR的值和當前窗口對應的32個寄存器的值即可。任務堆棧相對中斷堆棧結構更簡單。

當前任務的SP，FP保存在%sp(%o6)和%fp(%i6)中，并且SPARC支持對%sp和%fp的讀寫操作，可以將當前的%sp值讀出由 WR指令寫入%i6，再將(%sp-0x148)的值寫入%o6，這樣通過分配一個大小為148H的堆棧幀完成新任務堆棧指針的初始化。

任務級切換

uC/OS中任務切換函數是由軟中斷(TA指令)來實現的。SPARC不支持對PC的直接操作，但在發(fā)生軟中斷時，CPU會自動將當前PC，NPC 的值寫入到%l1,%l2寄存器。而在中斷結束返回時，CPU再自動將%l1,%l2的值寫入PC，NPC。根據CPU這一操作，可以將任務的入口地址以及入口地址的下一個地址分別寫入%l1,%l2。這樣在中斷返回后的下一條指令就是要切換任務的入口地址，從而實現了任務切換。

在切換函數執(zhí)行完，中斷返回時執(zhí)行語句“JMP %l1;RETT %l2”將新任務的入口地址寫入到CPU的PC和NPC，完成任務級切換。

中斷級切換

如果內核為可搶占實時內核，任務調度（通常在中斷中被調用）將高優(yōu)先級的任務置為有效時，需要在當前中斷中完成任務的切換，使高優(yōu)先級任務盡快得到CPU使用權，并在該高優(yōu)先級任務執(zhí)行完，且沒有其它高優(yōu)先任務被響應時，繼續(xù)執(zhí)行之前被中斷的任務。

中斷級切換函數必須對被中斷的任務進行“現場保護”，因為每個中斷函數都有“保護現場”功能，所以這一操作不難實現。此外，中斷級切換函數還需要為新任務分配一組新的寄存器窗口，即保存當前所有Used態(tài)的窗口寄存器的值到堆棧對應的幀中。可以稱之為Windows_flush，這也是寄存器窗口相關的操作。最簡單的flush就是在%WIM中將當前窗口置為無效窗口，通過SAVE語句將當前窗口對應的inputs和locals寄存器的值寫入堆棧。通過循環(huán)控制，可以將8個寄存器窗口的值全部保存，并且SAVE指令通過將%o6的值寫入%i6，能自動實現棧幀的切換。在執(zhí)行 Windows_flush后，當前任務以及其中調用的各線程的堆棧幀才全部被填充，成為一個連續(xù)堆棧，這樣才做好了到更高優(yōu)先級切換的準備。中斷級任務切換的流程圖如圖3。