接著以WCH沁恒微電子的赤菟V103(CH32V103)和赤菟V307(CH32V307)兩款RISC-V內(nèi)核單片機(jī)來詳細(xì)說下針對(duì)RISC-V平臺(tái)，移植實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的注意點(diǎn)。

今天聊下移植RTOS時(shí)RISC-V內(nèi)核時(shí)單片機(jī)任務(wù)之間的切換。

了解了如何切換至第一個(gè)任務(wù)，如何實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)之間的切換呢。在這之前想必對(duì)“任務(wù)優(yōu)先級(jí)”，“時(shí)間片輪轉(zhuǎn)”等概念有一定的了解。rt-thread正常運(yùn)行也需要個(gè)定時(shí)器為其提供時(shí)鐘，且任務(wù)初始化時(shí)設(shè)置了任務(wù)優(yōu)先級(jí)。調(diào)度器在就緒的任務(wù)列表中尋找優(yōu)先級(jí)較高的任務(wù)切換執(zhí)行，當(dāng)優(yōu)先級(jí)相同時(shí)，調(diào)度器會(huì)按照設(shè)置的時(shí)間片大小來輪流調(diào)度線程，用時(shí)間片來約束任務(wù)的單次執(zhí)行時(shí)長(zhǎng)。不管因優(yōu)先級(jí)還是時(shí)間片耗盡，從當(dāng)前任務(wù)切換至新任務(wù)時(shí)均需要保存當(dāng)前任務(wù)的上下文至當(dāng)前任務(wù)的堆棧區(qū)，獲取新任務(wù)的堆棧，并從新任務(wù)堆棧區(qū)恢復(fù)上下文，切換并執(zhí)行。

在ARM中，系統(tǒng)的滴答時(shí)鐘由內(nèi)核定時(shí)器Systick提供，并且在pendSV中進(jìn)行任務(wù)切換。類比RISC-V我們內(nèi)核提供了一個(gè)64bit
Systick定時(shí)器，同時(shí)也有軟中斷SW_handler(其實(shí)整個(gè)切換也不一定要在某個(gè)中斷中切換，只要做好上下文保存即可)，需要切換時(shí)，置位其相應(yīng)的pend位，即可觸發(fā)進(jìn)中斷，實(shí)現(xiàn)切換。rt-thread中用了三個(gè)全局變量，用于中斷切換上下文rt_interrupt_from_thread、rt_interrupt_to_thread、rt_thread_switch_interrupt_flag，前兩個(gè)分別用來存儲(chǔ)“from”線程sp指針和“to”線程的sp指針，當(dāng)需要切換時(shí)，flag被函數(shù)rt_hw_context_switch_interrupt置位，并觸發(fā)進(jìn)軟中斷如圖1所示。在中斷中實(shí)現(xiàn)“from”到“to”線程的切換，并將flag清零。

圖1 中斷切換上下文

SW中斷函數(shù)同樣是一段匯編實(shí)現(xiàn)的代碼，內(nèi)容如下圖2所示，其中重點(diǎn)代碼已經(jīng)給出注釋，注意查看。從注釋可以看出，其相較于啟動(dòng)第一個(gè)任務(wù)多了開頭的就任務(wù)保存的過程。值得注意的是赤菟V307支持進(jìn)中斷后將硬件壓棧臨時(shí)關(guān)閉，這樣在上下文切換的時(shí)候可以手動(dòng)恢復(fù)我們想要的寄存器值，而當(dāng)中斷返回后，硬件壓棧自動(dòng)打開，不影響其他外設(shè)中斷使用硬件壓棧。而對(duì)于沒有此功能的赤菟V103來說，移植操作系統(tǒng)時(shí)不能打開硬件壓棧。

圖2 軟中斷切換上下文過程

對(duì)于其他的RTOS也是大同小異，例如鴻蒙LiteOS_M中有個(gè)g_losTask全局變量，其是個(gè)結(jié)構(gòu)體，內(nèi)部為兩個(gè)任務(wù)控制塊類型的指針，分別為*runTask指向當(dāng)前運(yùn)行的任務(wù)，newTask指向要切換的新任務(wù)，騰訊的TencentOS_Tiny中亦有兩個(gè)任務(wù)控制塊類型的指針k_curr_task指向當(dāng)前任務(wù)，*k_next_task指向下一個(gè)要切換任務(wù)。這和rt-thread中的“from”和“to”是為異曲同工之處。通過管理操作這些變量，實(shí)現(xiàn)任務(wù)到任務(wù)的切換。