1. SVC和PENDSV 基本概念

SVC（系統服務調用，亦簡稱系統調用）和 PendSV（可懸起系統調用），它們多用於在操作系統之上的軟件開發中。 SVC 用於產生系統函數的調用請求。例如，操作系統不讓用戶程序直接訪問硬件，而是通過提供一些系統服務函數，用戶程序使用 SVC 發出對系統服務函數的呼叫請求，以這種方法調用它們來間接訪問硬件。因此，當用戶程序想要控制特定的硬件時，它就會產生一個 SVC 異常，然後操作系統提供的 SVC 異常服務例程得到執行，它再調用相關的操作系統函數，後者完成用戶程序請求的服務。

這種“提出要求——得到滿足”的方式，很好、很強大、很方便、很靈活、很能可持續發展。

首先，它使用戶程序從控制硬件的繁文縟節中解脫出來，而是由 OS 負責控制具體的硬件。
第二， OS 的代碼可以經過充分的測試，從而能使系統更加健壯和可靠。
第三，它使用戶程序無需在特權級下執行，用戶程序無需承擔因誤操作而癱瘓整個系統的風險。
第四，通過 SVC 的機制，還讓用戶程序變得與硬件無關，因此在開發應用程序時無需瞭解硬件的操作細節，從而簡化了開發的難度和繁瑣度，並且使應用程序跨硬件平臺移植成爲可能。
開發應用程序唯一需要知道的就是操作系統提供的應用編程接口（API），並且瞭解各個請求代號和參數表，然後就可以使用 SVC 來提出要求了（事實上，爲使用方便，操作系統往往會提供一層封皮，以使系統調用的形式看起來和普通的函數調用一致。
各封皮函數會正確使用 SVC指令來執行系統調用——譯者注）。
其實，嚴格地講，操作硬件的工作是由設備驅動程序完成的，只是對應用程序來說，它們也是操作系統的一部分。如圖 7.14 所示

SVC 異常通過執行”SVC”指令來產生。該指令需要一個立即數，充當系統調用代號。 SVC異常服務例程稍後會提取出此代號，從而解釋本次調用的具體要求，再調用相應的服務函數。

例如，
SVC 0x3 ; 調用 3 號系統服務
在 SVC 服務例程執行後，上次執行的 SVC 指令地址可以根據自動入棧的返回地址計算出。

找到了 SVC 指令後，就可以讀取該 SVC 指令的機器碼，從機器碼中萃取出立即數，就獲知了請求執行的功能代號。

如果用戶程序使用的是 PSP，服務例程還需要先執行 MRS Rn,PSP 指令來獲取應用程序的堆棧指針。

通過分析 LR 的值，可以獲知在 SVC 指令執行時，正在使用哪個堆棧（細節在第 8 章中討論）。

2、什麼是PendSV

PendSV是可懸起異常，如果我們把它配置最低優先級，那麼如果同時有多個異常被觸發，它會在其他異常執行完畢後再執行，而且任何異常都可以中斷它。更詳細的內容在《Cortex-M3 權威指南》裏有介紹，下面我摘抄了一段。

OS 可以利用它“緩期執行”一個異常——直到其它重要的任務完成後才執行動作。懸起 PendSV 的方法是：手工往 NVIC的 PendSV懸起寄存器中寫 1。懸起後，如果優先級不夠高，則將緩期等待執行。

PendSV的典型使用場合是在上下文切換時（在不同任務之間切換）。例如，一個系統中有兩個就緒的任務，上下文切換被觸發的場合可以是：
1、執行一個系統調用
2、系統滴答定時器（SYSTICK）中斷，（輪轉調度中需要）

讓我們舉個簡單的例子來輔助理解。假設有這麼一個系統，裏面有兩個就緒的任務，並且通過SysTick異常啓動上下文切換。但若在產生 SysTick 異常時正在響應一箇中斷，則 SysTick異常會搶佔其 ISR。在這種情況下，OS是不能執行上下文切換的，否則將使中斷請求被延遲，而且在真實系統中延遲時間還往往不可預知——任何有一丁點實時要求的系統都決不能容忍這種事。因此，在 CM3 中也是嚴禁沒商量——如果 OS 在某中斷活躍時嘗試切入線程模式，將觸犯用法fault異常。

爲解決此問題，早期的 OS 大多會檢測當前是否有中斷在活躍中，只有在無任何中斷需要響應時，才執行上下文切換（切換期間無法響應中斷）。然而，這種方法的弊端在於，它可以把任務切換動作拖延很久（因爲如果搶佔了 IRQ，則本次 SysTick在執行後不得作上下文切換，只能等待下一次SysTick異常），尤其是當某中斷源的頻率和SysTick異常的頻率比較接近時，會發生“共振”，使上下文切換遲遲不能進行。現在好了，PendSV來完美解決這個問題了。PendSV異常會自動延遲上下文切換的請求，直到其它的 ISR都完成了處理後才放行。爲實現這個機制，需要把 PendSV編程爲最低優先級的異常。如果 OS檢測到某 IRQ正在活動並且被 SysTick搶佔，它將懸起一個 PendSV異常，以便緩期執行上下文切換。

使用 PendSV 控制上下文切換個中事件的流水賬記錄如下：

1. 任務 A呼叫 SVC來請求任務切換（例如，等待某些工作完成）

2. OS接收到請求，做好上下文切換的準備，並且懸起一個 PendSV異常。

3. 當 CPU退出 SVC後，它立即進入 PendSV，從而執行上下文切換。

4. 當 PendSV執行完畢後，將返回到任務 B，同時進入線程模式。

5. 發生了一箇中斷，並且中斷服務程序開始執行

6. 在 ISR執行過程中，發生 SysTick異常，並且搶佔了該 ISR。

7. OS執行必要的操作，然後懸起 PendSV異常以作好上下文切換的準備。

8. 當 SysTick退出後，回到先前被搶佔的 ISR中，ISR繼續執行

9. ISR執行完畢並退出後，PendSV服務例程開始執行，並且在裏面執行上下文切換

10. 當 PendSV執行完畢後，回到任務 A，同時系統再次進入線程模式。

3. 代碼示例

我們在uCOS的PendSV的處理代碼中可以看到：

OS_CPU_PendSVHandler
    CPSID I ; 關中斷
    ;保存上文 
    ;....................... 
    ;切換下文 
    CPSIE I ;開中斷
    BX LR ;異常返回

它在異常一開始就關閉了中端，結束時開啓中斷，中間的代碼爲臨界區代碼，即不可被中斷的操作。PendSV異常是任務切換的堆棧部分的核心，由他來完成上下文切換。PendSV的操作也很簡單，主要有設置優先級和觸發異常兩部分：

NVIC_INT_CTRL EQU 0xE000ED04 ; 中斷控制寄存器
NVIC_SYSPRI14 EQU 0xE000ED22 ; 系統優先級寄存器(優先級14). 
NVIC_PENDSV_PRI EQU 0xFF ; PendSV優先級(最低). 
NVIC_PENDSVSET EQU 0x10000000 ; PendSV觸發值
; 設置PendSV的異常中斷優先級
LDR R0, =NVIC_SYSPRI14 
LDR R1, =NVIC_PENDSV_PRI 
STRB R1, [R0] ; 觸發PendSV異常
LDR R0, =NVIC_INT_CTRL 
LDR R1, =NVIC_PENDSVSET 
STR R1, [R0]

3.1、堆棧操作

Cortex M4有兩個堆棧寄存器，主堆棧指針（MSP）與進程堆棧指針（PSP），而且任一時刻只能使用其中的一個。MSP爲復位後缺省使用的堆棧指針，異常永遠使用MSP，如果手動開啓PSP，那麼線程使用PSP，否則也使用MSP。怎麼開啓PSP？

MSR     PSP, R0         ; Load PSP with new process SP
ORR     LR, LR, #0x04   ; Ensure exception return uses process stack

很容易就看出來了，置LR的位2爲1，那麼異常返回後，線程使用PSP。

寫OS首先要將內存分配搞明白，單片機內存本來就很小，所以我們當然要斤斤計較一下。在OS運行之前，我們首先要初始化MSP和PSP，OS_CPU_ExceptStkBase是外部變量，假如我們給主堆棧分配1KB（256*4）的內存即OS_CPU_ExceptStk[256],則OS_CPU_ExceptStkBase=&OS_CPU_ExceptStk[256-1]。

EXTERN  OS_CPU_ExceptStkBase
   ;PSP清零，作爲首次上下文切換的標誌
   MOVS    R0, #0 
   MSR     PSP, R0
   ;將MSP設爲我們爲其分配的內存地址
   LDR     R0, =OS_CPU_ExceptStkBase
   LDR     R1, [R0]
   MSR     MSP, R1

然後就是PendSV上下文切換中的堆棧操作了，如果不使用FPU，則進入異常自動壓棧xPSR，PC，LR，R12，R0-R3，我們還要把R4-R11入棧。如果開啓了FPU，自動壓棧的寄存器還有S0-S15，還需吧S16-S31壓棧。

MRS     R0, PSP
SUBS   R0, R0, #0x20        ;壓入R4-R11
STM     R0, {R4-R11}

LDR     R1, =Cur_TCB_Point    ;當前任務的指針
LDR     R1, [R1]
STR     R0, [R1]            ; 更新任務堆棧指針

出棧類似，但要注意順序

LDR     R1, =TCB_Point    ;要切換的任務指針
LDR     R2, [R1]
LDR     R0, [R2]          ; R0爲要切換的任務堆棧地址
  
LDM     R0, {R4-R11}     ; 彈出R4-R11
ADDS    R0, R0, #0x20
MSR     PSP, R0        ;更新PSP

新建os_port.asm文件，內容如下：

NVIC_INT_CTRL   EQU     0xE000ED04         ; Interrupt control state register.
NVIC_SYSPRI14   EQU     0xE000ED22         ; System priority register (priority 14).
NVIC_PENDSV_PRI EQU           0xFF        ; PendSV priority value (lowest).
NVIC_PENDSVSET  EQU     0x10000000        ; Value to trigger PendSV exception.

  RSEG CODE:CODE:NOROOT(2)  THUMB 
  EXTERN  g_OS_CPU_ExceptStkBase  
  EXTERN  g_OS_Tcb_CurP
  EXTERN  g_OS_Tcb_HighRdyP
  PUBLIC OSStart_Asm
  PUBLIC PendSV_Handler
  PUBLIC OSCtxSw
OSCtxSw
    LDR     R0, =NVIC_INT_CTRL
    LDR     R1, =NVIC_PENDSVSET
    STR     R1, [R0]
    BX      LR                       ; Enable interrupts at processor level
OSStart_Asm
    LDR     R0, =NVIC_SYSPRI14       ; Set the PendSV exception priority
    LDR     R1, =NVIC_PENDSV_PRI
    STRB    R1, [R0]
    MOVS    R0, #0                 ; Set the PSP to 0 for initial context switch call
    MSR     PSP, R0
    LDR     R0, =g_OS_CPU_ExceptStkBase  ; Initialize the MSP to the OS_CPU_ExceptStkBase
    LDR     R1, [R0]
    MSR     MSP, R1   
    LDR     R0, =NVIC_INT_CTRL     ; Trigger the PendSV exception (causes context switch)
    LDR     R1, =NVIC_PENDSVSET
    STR     R1, [R0]
    CPSIE   I                 ; Enable interrupts at processor level
OSStartHang
    B       OSStartHang        ; Should never get here

PendSV_Handler
    CPSID   I                    ; Prevent interruption during context switch
    MRS     R0, PSP               ; PSP is process stack pointer
    CBZ     R0, OS_CPU_PendSVHandler_nosave ; Skip register save the first time   
    SUBS    R0, R0, #0x20          ; Save remaining regs r4-11 on process stack
    STM     R0, {R4-R11}
    LDR     R1, =g_OS_Tcb_CurP   ; OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP;
    LDR     R1, [R1]
    STR     R0, [R1]             ; R0 is SP of process being switched out
  ; At this point, entire context of process has been saved OS_CPU_PendSVHandler_nosave
    LDR     R0, =g_OS_Tcb_CurP      ; OSTCBCur  = OSTCBHighRdy;
    LDR     R1, =g_OS_Tcb_HighRdyP
    LDR     R2, [R1]
    STR     R2, [R0]
    LDR     R0, [R2]              ; R0 is new process SP; SP = OSTCBHighRdy->OSTCBStkPtr;  
    LDM     R0, {R4-R11}          ; Restore r4-11 from new process stack
    ADDS    R0, R0, #0x20            
    MSR     PSP, R0              ; Load PSP with new process SP
    ORR     LR, LR, #0x04        ; Ensure exception return uses process stack    
    CPSIE   I
    BX      LR                   ; Exception return will restore remaining context  
    END

main.c內容如下：

#include "stdio.h"
#define OS_EXCEPT_STK_SIZE 1024
#define TASK_1_STK_SIZE 1024
#define TASK_2_STK_SIZE 1024

typedef unsigned int OS_STK;
typedef void (*OS_TASK)(void);

typedef struct OS_TCB
{
  OS_STK *StkAddr;
}OS_TCB,*OS_TCBP;


OS_TCBP g_OS_Tcb_CurP; 
OS_TCBP g_OS_Tcb_HighRdyP;

static OS_STK OS_CPU_ExceptStk[OS_EXCEPT_STK_SIZE];
OS_STK *g_OS_CPU_ExceptStkBase;

static OS_TCB TCB_1;
static OS_TCB TCB_2;
static OS_STK TASK_1_STK[TASK_1_STK_SIZE];
static OS_STK TASK_2_STK[TASK_2_STK_SIZE];

extern void OSStart_Asm(void);
extern void OSCtxSw(void);

void Task_Switch()
{
  if(g_OS_Tcb_CurP == &TCB_1)
    g_OS_Tcb_HighRdyP=&TCB_2;
  else
    g_OS_Tcb_HighRdyP=&TCB_1;
 
  OSCtxSw();
}


void task_1()
{
  printf("Task 1 Running!!!\n");
  Task_Switch();
  printf("Task 1 Running!!!\n");
  Task_Switch();
}

void task_2()
{
  
  printf("Task 2 Running!!!\n");
  Task_Switch();
  printf("Task 2 Running!!!\n");
  Task_Switch();
}

void Task_End(void)
{
  printf("Task End\n");
  while(1)
  {}
}

void Task_Create(OS_TCB *tcb,OS_TASK task,OS_STK *stk)
{
    OS_STK  *p_stk;
    p_stk      = stk;
    p_stk      = (OS_STK *)((OS_STK)(p_stk) & 0xFFFFFFF8u);
    
    *(--p_stk) = (OS_STK)0x01000000uL;                          //xPSR
    *(--p_stk) = (OS_STK)task;                                  // Entry Point
    *(--p_stk) = (OS_STK)Task_End;                                     // R14 (LR)
    *(--p_stk) = (OS_STK)0x12121212uL;                          // R12
    *(--p_stk) = (OS_STK)0x03030303uL;                          // R3
    *(--p_stk) = (OS_STK)0x02020202uL;                          // R2
    *(--p_stk) = (OS_STK)0x01010101uL;                          // R1
    *(--p_stk) = (OS_STK)0x00000000u;                           // R0
    
    *(--p_stk) = (OS_STK)0x11111111uL;                          // R11
    *(--p_stk) = (OS_STK)0x10101010uL;                          // R10
    *(--p_stk) = (OS_STK)0x09090909uL;                          // R9
    *(--p_stk) = (OS_STK)0x08080808uL;                          // R8
    *(--p_stk) = (OS_STK)0x07070707uL;                          // R7
    *(--p_stk) = (OS_STK)0x06060606uL;                          // R6
    *(--p_stk) = (OS_STK)0x05050505uL;                          // R5
    *(--p_stk) = (OS_STK)0x04040404uL;                          // R4
    
    tcb->StkAddr=p_stk;
}


int main()
{
  
  g_OS_CPU_ExceptStkBase = OS_CPU_ExceptStk + OS_EXCEPT_STK_SIZE - 1;
  
  Task_Create(&TCB_1,task_1,&TASK_1_STK[TASK_1_STK_SIZE-1]);
  Task_Create(&TCB_2,task_2,&TASK_2_STK[TASK_1_STK_SIZE-1]);
    
  g_OS_Tcb_HighRdyP=&TCB_1;
  
  OSStart_Asm();
  
  return 0;
}

3.2 編譯下載並調試：

在此處設置斷點

此時寄存器的值，可以看到R4-R11正是我們給的值，單步運行幾次，可以看到進入了我們的任務task_1或task_2，任務裏打印信息，然後調用Task_Switch進行切換，OSCtxSw觸發PendSV異常。

IO輸出如下：

至此我們成功實現了使用PenSV進行兩個任務的互相切換。之後，我們使用使用SysTick實現比較完整的多任務切換

【stm32】 OS 支持特性之 PendSV 異常和 SVC異常

1. SVC和PENDSV 基本概念

2、什麼是PendSV

3. 代碼示例

3.1、堆棧操作

3.2 編譯下載並調試：

PDManer [元數建模]-v4.9.0 發佈：一款簡單好用的數據庫建模平臺

使用neovim打造go ide(支持代碼跳轉, 代碼補全, 實時語法檢查)

sql求連續值問題

cs01 CSS Syntax

挑戰程序設計競賽 2.3章習題 poj 3046 Ant Counting

[MASM拾遺]Offset僞指令

h30 HTML Layout Elements

瞭解顯卡

一款基於C#開發的通訊調試工具（支持Modbus RTU、MQTT調試）

Linux/Golang/glibC系統調用

【zephyr】 - Time Measurement rt1050

【STM32】Fault 類異常_hardfault定位方法(二)

PMP項目風險管理(第11章)

【same7】 examples_usb\host_examples\usb_host_msc host 示例代碼

MPU-6500-Datasheet2中文資料.pdf

https://yachay.unat.edu.pe/blog/index.php?comment_area=format_blog&comment_component=blog&comment_co

linux以太網驅動總結