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任務目標：如何通過swi來實現多個任務來回強制切換

實驗平臺 : 本實驗是基于S3C2440上來實現

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工作原理：

表述：在運行任務程序的時候通過SWI中斷進入SVC模式，在SVC模式下進入當前任務棧信息保存(寄存器值)以及調用將要運行的任務，并把該任務棧信息從該任務棧里恢復到寄存器中，最后跳轉到用戶態執行任務。
這里像我們去銀行辦業務；在辦業務時，我們只需把我們所需的信息填寫在單子上，通過柜臺提交給銀行專員，銀行專員根據我們的需求，再清點鈔票給我們并更新余額，以便下一次辦理結算。

流程圖如下：

Paste_Image.png

工作流程圖：

Paste_Image.png

實現步驟：

1、創建3個任務函數

目標：分別把它們定義為TestTask1、TestTask2、TestTask3，每一個函數在執行時候通過swi調用，又swi給出的中斷號來強制切換到另一個任務，從而進入SVC模式進行堆棧保護和恢復，如下；
,

int TEST_TestTask1(void)
{
    printf("Task1 start...\n\r");
    while(1)
    {
        printf("Task1111111111111111 is running now...\n\r");
        DEV_DelayMs(3000);              /* 延遲3s */
        __asm__(
            "swi #2\n\t"    //產生SWI軟中斷，中斷號為1        
        );
        printf("Task1 is running again\n\r");   
    }
    return 0;
}
int TestTask2(void)
{
    printf("Task2 start...\n\r");
    while(1)
    {
        printf("Task222222222222222 is running now...\n\r");
        DEV_DelayMs(3000);              /* 延遲3s */
        __asm__(
            "swi #3\n\t"    //產生SWI軟中斷，中斷號為3        
        );
        printf("Task2 is running again\n\r");   
    }
    return 0;
}

int TestTask3(void)
{
    printf("Task3 start...\n\r");
    while(1)
    {
        printf("Task33333333333333 is running now...\n\r");
        DEV_DelayMs(3000);              /* 延遲3s */
        __asm__(
            "swi #1\n\t"    //產生SWI軟中斷，中斷號為3        
        );
        printf("Task3 is running again\n\r");   
    }
    return 0;
}

2、創建任務棧

目標：為每一個任務創建一個棧，每一個棧就是該任務的TCB指針內容，task1Tcb = &task1Stack，task2Tcb = &task2Stack，task3Tcb = &task3Stack，如下表示；



TCB* pCurTcb;            /*當前TCB指針*/
U32  nextTaskSp;         /*下一個任務堆棧指針 */
U32* curTaskSpAddr;      /*存放當前堆棧指針的地址 */
U32* curTaskSpTopAddr;   /*存放當前堆棧top指針地址 */

U32 task1Stack[TACKSIZE];
U32 task2Stack[TACKSIZE];
U32 task3Stack[TACKSIZE];

TCB* task1Tcb;               /* 任務1的TCB指針 */
TCB* task2Tcb;               /* 任務2的TCB指針 */
TCB* task3Tcb;               /* 任務3的TCB指針 */

/* TCB中備份寄存器組的結構體, 用來臨時保存任務前換的寄存器 */
typedef struct stackreg
{
    U32 uispsr;
    U32 uicpsr;
    U32 uiR0;
    U32 uiR1;
    U32 uiR2;
    U32 uiR3;
    U32 uiR4;
    U32 uiR5;
    U32 uiR6;
    U32 uiR7;
    U32 uiR8;
    U32 uiR9;
    U32 uiR10;
    U32 uiR11;
    U32 uiR12;
    U32 uiR13;
    U32 uiR14;
    U32 uiR15;
}STACKREG;

/* TCB結構體 */
typedef struct tcb
{
    STACKREG strStackReg;           /* 備份寄存器組 */
}TCB;

3、任務切換

目標：主要操作是前后兩個任務堆棧的保護和恢復，并把cpu的控制權切換到另一個任務去執行。這里有兩點要特別注意；
1、SVC模式下的當前任務棧信息保護；
2、另一個任務棧信息的恢復，SVC模式下在taskSwitch函數恢復另一個任務棧信息，并且改變CPSR模式，
3、CPU交給將要運行的任務，在用戶模式執行任務。

1) 設置SWI異常向量，S3C2440 芯片啟動代碼設置如下：

.global _start 
_start:
/******************************************************************************       
* 異常向量，本程序中，除Reset和HandleIRQ外，其它異常都沒有使用
*******************************************************************************/       
    b   Reset

/*  0x04: 未定義指令中止模式的向量地址 */
HandleUndef:
    b   HandleUndef 
 
/* 0x08: 管理模式的向量地址，通過SWI指令進入此模式 */
/* HandleSWI: */
//HandleSWI:
    b   HandleSWI        

/* 0x0c: 指令預取終止導致的異常的向量地址 */
HandlePrefetchAbort:
    b   HandlePrefetchAbort

/* 0x10: 數據訪問終止導致的異常的向量地址 */
HandleDataAbort:
    b   HandleDataAbort

/* 0x14: 保留 */
HandleNotUsed:
    b   HandleNotUsed

/* 0x18: 中斷模式的向量地址 */

    b   HandleIRQ

/* 0x1c: 快中斷模式的向量地址 */
HandleFIQ:
    b   HandleFIQ

2) 設置SWI處理程序

HandleSWI:
    /* 計算返回地址,被SWI中斷，LR寄存器保存的是SWI指令的下一條指令，不像是IRQ中斷，返回地址是LR-4； */
    STMDB   sp!,    {R14}           /* 保存使用到的寄存器到SVC模式的SP中 */

            
    LDR     R0,=pCurTcb           /* 獲取當前任務棧的起始地址*/
    LDR     R0,[R0]
    
//  MOV     R0, SP                      /* 保存SVC模式下SP棧起始值*/
//  ADD     R0,R0,#0X4
    
    STMDB   sp!, {R0}               /* R13位置 */
    STMDB   sp!,    { r0-r12}       /* 保存使用到的寄存器到SVC模式的SP中 */
                                       /* 注意，此時的sp是svc模式的sp */                          
    MRS     R0, SPSR                    /* 不同模式之間切換，cpsr被保存在SPSR中 */
    STMDB   sp!, {R0}               /* CPSR位置 */    
    STMDB   sp!, {R0}               /* SPSR位置 */    

    LDR R0, =LR_VAR                 /* 保存SVC模式下的LR，用于調試 */
    STR R14, [R0]   

    LDR R0, =SVC_STACK              /* 保存SVC模式下的SP棧，用于恢復和調試 */
    STR sp, [R0]


#if 1
    /******************************************************************************
    * 保存當前任務棧信息，并把SVC模式下保存的當前任務棧信息保存到當前任務棧
    * tasknTcb中。以備下次調用時在恢復該任務的棧信息
    ******************************************************************************/

    LDR   R0, =pCurTcb            /* 獲取當前任務棧的起始地址 */
    LDR   R1, [R0] 

    CMP   R1,#0                     /* 把curTaskSpAddr值==0；說明是taskStart函數；跳轉到taskBefore處執行 */
    BEQ   taskBefore

    SUB   R1,R1,#-4                 /* 把curTaskSpAddr值 - 4 */   
    
    LDR   R0,=SVC_STACK             /* 恢復異常時保存SVC模式下的SP棧指針到R2 */
    LDR   R2,[R0]  
    SUB   R2,R2,#-4                 /* 把SVC_STACK值 - 4 */   

    MOV   R3,#17                    /* 把SVC模式下棧信息保存到當前任務棧地址，保存SPSR/CPSR/R0-R14寄存器 */    
STACK_COPY: 
    LDR   R0,[R2],#4 
    STR   R0,[R1],#4 
    SUBS  R3,R3,#1 
    BNE   STACK_COPY                
#endif
                                    
taskBefore:
#if isrDisable

    /* interrupts (IRQ) now disabled */

    MRS R0, CPSR                    /* Read the CPSR */
    ORR R0, R0, #0x80               /* Set the interrupt disable bit */
    MSR CPSR_c, R0                  /* Update the control bits in the CPSR */

#endif
    sub lr, lr, #4                  /* lr -4 為指令SWI XXX的地址,低24位是軟件中斷號 */
    ldr R3,[lr,#0]                  /* lr -4 為指令SWI XXX的地址,低24位是軟件中斷號 */
    bic R3,R3,#0XFF000000           /* 取得arm指令的低24位立即數 */
    
    cmp R3,#0                       /* 判斷24位立即數，如果是0，調用usrModeSpSetup函數 */
    beq  usrModeSpSetup

    cmp R3,#1                       /* 判斷24位立即數，如果是1，調用task1Tcb函數 */
    ldr R0,=task1Tcb
    ldr R0,[R0]
    beq  taskTcbSwitch

    cmp R3,#2                       /* 判斷24位立即數，如果是2，調用task2Tcb函數 */
    ldr R0,=task2Tcb
    ldr R0,[R0]
    beq  taskTcbSwitch

    cmp R3,#3                       /* 判斷24位立即數，如果是3，調用task3Tcb函數 */
    ldr R0,=task3Tcb
    ldr R0,[R0]
    beq  taskTcbSwitch
    bne  END 

taskTcbSwitch:
    ldr pc, =taskSwitch

usrModeSpSetup:
    mrs R0, CPSR                    /* Read the CPSR */
    bic R0, R0, #0x1F               /* Clear the mode bits */
    orr R0, R0, #0x10               /* Set the mode bits to FIQ mode */
    msr cpsr_c, R0                  /* Update the control bits in the CPSR */
    ldr sp, =0x33e00000             /* 設置用戶棧指針起始值 */
    ldr pc, =rootTask               /* rootTask開始用戶模式 */
                 
END:
    
    movne R0, #-1                   /* 沒有該軟中斷對應函數，出錯返回-1 */

#endif

3) 恢復另一個任務棧，通過在taskSwitch函數，恢復將要運行的任務，并執行它，至此任務切換完成了。

/***********************************************************************************
函數功能: 加載將要運行任務的棧信息.
入口參數: pTcb: 即將運行的任務的TCB指針.
返 回 值: none.
***********************************************************************************/
int taskSwitch(TCB * pTcb)
{
    STACKREG* curTcbRegSp;

    /******************************************************************************* 
    * 在用戶態切換程序，不需要動CPSR、SPSR等SVC模式下才能操作的特權寄存器
    * 用戶態的棧指起始值:    ldr sp, =0x33e00000
    * SVC的棧指起始值:       ldr sp, =0x34000000 
    * curTaskSpAddr表示當前任務棧的起始地址，
    * 以備再次調用的時候恢復該任務的棧信息
    *******************************************************************************/
    curTaskSpAddr = &pCurTcb->strStackReg;


    /****************************************************************************** 
    * 即將運行任務的寄存器組地址
    ******************************************************************************/
    nextTaskSp = &pTcb->strStackReg;

    /* 即將運行任務的TCB指針 */
    pCurTcb = pTcb;
    __asm__(
        
    /******************************************************************************
    *  獲取將要運行任務的指針
    ******************************************************************************/
    " LDR    R0, =nextTaskSp \n\t"
    " LDR    R1, [R0] \n\t"


    /******************************************************************************
    * 獲取將要運行任務的棧信息并運行新任務
    ******************************************************************************/
    " LDMIA  R1!, {R0} \n\t"
    " MSR    SPSR, R0  \n\t"
    " LDMIA  R1!, {R0} \n\t"      /* cpsr位置 */
    
    /******************************************************************************
    * 恢復將要運行任務的棧信息
    ******************************************************************************/
    " ADD    R1,R1,#0X10  \n\t"     //跳過R0/R1/R2/R3這4個寄存器
    " LDMIA  R1!, {R4-R12} \n\t"
    " nop \n\t"
 
    " ADD  R1, R1, #0X4 \n\t"       //跳過R13寄存器
    " LDMIA  R1, {R14} \n\t"
    
    " LDR R2, =SVC_STACK \n\t"      /* 保存SVC模式下的SP棧，用于恢復和調試 */
    " LDR SP, [R2] \n\t"
    " add SP,SP,#0x44 \n\t"         /* 恢復SVC模式下的SP棧;這里可以釋放掉SVC模式SP棧，不然不停執行，SVC棧會泄漏 */

    " BIC R0, R0, #0x9F \n\t"  /* Modify and write CPSR again to */
    " ORR R0, R0, #0x90 \n\t"  /*  the interrupt disable  */    
    " MSR CPSR_c, R0 \n\t"     /* disable IRQs */


    " LDMIA  R1!, {R15} \n\t"   /* 跳到用戶模式，執行任務*/

);

    return 0;
}

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工作原理：

實現步驟：

1、創建3個任務函數

2、創建任務棧

3、任務切換

1) 設置SWI異常向量，S3C2440 芯片啟動代碼設置如下：

2) 設置SWI處理程序

3) 恢復另一個任務棧，通過在taskSwitch函數，恢復將要運行的任務，并執行它，至此任務切換完成了。

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2、創建任務棧

3、任務切換

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2) 設置SWI處理程序

3) 恢復另一個任務棧，通過在taskSwitch函數，恢復將要運行的任務，并執行它，至此任務切換完成了。

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