六 上下文切换

一   定义

当UCOS-III转向执行另一项新任务的时候，他保存了当前任务的CPU寄存器到堆栈，并从新任务的堆栈CPU寄存器载入CPU，这个过程叫做上下文切换

上下文切换需要一些开支，CPU的寄存器越多，开支越大。上下文切换的时间基本取决于有多少个CPU寄存器需要被存储和载入。

上下文切换的代码是移植UCOS -II 时编写的，该部分代码要适用于处理器，这些代码被放在C和汇编文件中：OS_CPU.H，OS_CPU_C.C，OS_CPU_A.ASM。移植部分在下面会详细介绍，根据不同的CPU架构，移植的时候需要注意很多不部分细节。

我们先来看一下常见CPU的结构：包含16个整数寄存器（R0~R15）和一个中断堆栈寄存器和状态寄存器。每个寄存器都是32位的，16个整数寄存器都是可以存储数据或者地址，指令指针寄存器是R15，两个堆栈指针是R14和R14‘，其实R14是指向任务的堆栈的指针TSP，R14’是指向ISR的堆栈的指针ISP。当CPU接收到一个中断的时候自动切换到ISR堆栈（也就是说CPU有独立用于处理中断的堆栈）

在uC/OS-III 中，任务切换时的堆栈设置类似于中断发生时的那样，所有的CPU 寄存器都被保存。我们假定任务堆栈中的信息将要被载入到CPU 中，TSP 指向任务堆栈中最后一个被保存的寄存器。程序指针寄存器和状态寄存器是最先被保存在任务堆栈中。事实上，当中断发生时这些是被CPU 自动执行的。其它的寄存器通过软件被压入任务堆栈，
TSP 不会被保存到堆栈，但会被保存到任务的TCB。ISP 指向当前中断堆栈的顶部。当中断服务程序被执行时，处理器把R14"作为堆栈指针用于指向函数和局部参数。

有两种上下文切换的方式：一个是任务级的，一个是中断级的，任务级切换时通过OSCtxSW（）实现的，实际上它是被OS_TASK_SW宏调用的中断级切换是通过调用OSIntCtxSw()实现。它是用汇编语言写的，保存于OS_CPU_A.ASM。

二  OSCtxSw()

OSCtxSw()实现上下文切换的相关步骤：

1）OSCtxSw()开始执行，保存状态寄存器和程序指针寄存器到当前的任务堆栈。保存的顺序与中断发生时CPU 保存寄存器的顺序相同。假定SR 先入栈，然后其它寄存器入栈。
2）当任务被停止时，OSCtxSw()保存CPU 的TSP 到该任务的OS_TCB 中，换句话说，OSTCBCurPtr->StkPtr=R14。
3）然后OSCtxSw()将新任务OS_TCB 的顶部地址存入CPU 的TSP 中。换句话说，R14=OSTCBCurPtr->StkPtr。
4）最后，OSCtxSw()将新任务堆栈中R13~~R0 关内容载入CPU寄存器。再然后（此时的会TSP 指向PC，如图），通过一个中断返回指令{比如汇编中的IRET}，程序指针寄存器和状态寄存器被恢复到CPU 的寄存器中。

终上所述，其实就是对前一个任务在遇到比它优先级还高的任务的时候，CPU先停止其任务，并把它的TSP(就是R14里面的数据)保存到TCB中，然后再把新任务的TCB指针存入TSP。

三  OSIntCtxSw()

在ISR就绪了高优先级的任务B，ISR返回时将不会回到中前的任务A，而是去转向优先级更高的任务B，但是在此时，由于中断产生时，已经将任务A的状态保存到任务A堆栈中，所以ISR无需再保存任务A的状态，而是直接载入任务B的CPU寄存器到硬件CPU寄存器即可，调用OSIntCtxSw()执行该操作。

1）OSIntCtxSw()将新任务OS_TCB 的顶部堆栈地址值载入CPU 中的TSP。即R14=OSTCBHighRdyPtr->StkPtr。
2）然后OSIntCtxSw()将新堆栈的相关内容载入到CPU 寄存器中。通过一个中断返回指令，程序指针寄存器和状态寄存器被载入

中断级上下文切换和任务级上下文切换本质上是一致的，只不过中断级省掉了保存原来堆栈的步骤。

四  总结

上下文切换包括两个内容，保存就任务的内容，载入新任务的内容

任务级切换时，通过调用OSSched()实现的，中断级切换时，通过调用OSIntExit来实现的

OSSched()中调用OSCtxSw()实现上下文切换。OSIntExit()中调用OSIntCtxSw()实现上下文切换。然而，OSIntCtxSw()只需用做上下文切换的第二部分，因为中断时被中断任务的CPU 寄存器已经被保存到被中断任务的堆栈中了。