#文章首发挑战赛#

做嵌入式开发时间长了，最终都会涉及到RTOS的内容。小编也是从2004年开始接触uCOSII，哪个时候感觉RTOS真是很厉害啊，很多代码是看不懂，整个OS的设计有很多讨巧的地方，但是确实人家的设计是用心了，尤其是在调度算法上，用二维bitmap的方法实现，正因为如此，人家宣称自己的操作系统，任务调度时间是确定的，因为用了调度算法就是一个查表，每次查找最高优先级的任务，时间完全是一样的，怎么能不是确定的呢？

不过，再好也是人家的，我们自己从头构建一个是不是可以呢？这个想法其实5年前就有了，当时太忙了没有时间。现在呢，不幸的是小编失业了，大龄码农的悲哀吧。但是终于有时间，继续做自己想做的事情。我不知道我能坚持多久啊，希望这次能够完成吧。

言归正传，RTOS操作系统的本质就是要建立多任务，每个任务或者线程可以按照非常线性的逻辑顺序执行，不必像状态机那样，要考虑状态机的切换，认为RTOS的任务调度就是状态机的切换，这部分工作统一交给RTOS，对于用户来讲就是不可见的，这样用户只需要关注业务逻辑的思考就可以了，这是RTOS的初衷，事实上也确实如此。如果使用习惯RTOS，再回到裸机开发，会非常不适应，尤其是遇到逻辑比较复杂的时候。

栈是RTOS的基础，RTOS所谓的任务切换，所做的就是任务栈的切换，任务调度就是找出就绪状态下最高优先级的任务栈地址。

我们以ARM的Cortex-M0作为目标芯片(因为我手上恰好有现成的开发环境),因此我们要首先搞清楚Cortex-M0的栈结构，该如何保存和恢复。

首先，栈操作的最小单位是4字节（32位），Cortex-M0的栈空间被设计位字对齐，地址必须是4的整数倍。由于这个原因，栈指针的最低两位BITS[1:0]在硬件上被置为0，因此读出也为0.

其次、向栈中存入数据叫“压栈”（使用PUSH指令），回复数据叫“出栈”（使用POP指令）。根据架构不同，有些处理器压栈后地址增加，有些地址减小。Cortex-M0操作基于“满递减”的栈模型，意味着栈指针始终指向栈空间最后一个数据，在执行存储数据PUSH前，栈指针先减小。

R0-R12为通用寄存器，R13为系统堆栈指针sp，堆栈指针是用于访问堆栈，也即系统的RAM区。Cortex-M0中采用了两个堆栈指针：主堆栈指针（MSP）和进程堆栈指针（PSP），R13在任何时刻只能是其中一个，默认情况为MSP，可以通过控制寄存器（CONTORL）来改变。

第三、任务堆栈结构，总共16个寄存器，占用64字节，后面我们固定用下面的堆栈结构来保存和恢复寄存器的值。

按照我们设计的栈结构，我们在创建任务时，就按照上面的栈结构进行初始化。

我们假定要做两个任务的演示，任务分别为Task1和Task2因此我们定义两个任务栈stack1和stack2，长度是128数组。

unsigned int stack1[128], stack2[128]

接下来我们就初始化任务栈，为了好在调试过程中观察寄存器的值，我们对寄存器初始化值和寄存器编号进行了对应，比如，寄存器R1的初始值，就用0x01010101标识。

按照我们设计的栈结构，我们在创建任务时，就按照上面的栈结构进行初始化。

我们假定要做两个任务的演示，任务分别为Task1和Task2因此我们定义两个任务栈stack1和stack2，长度是128数组。

unsigned int stack1[128], stack2[128]

接下来我们就初始化任务栈，为了好在调试过程中观察寄存器的值，我们对寄存器初始化值和寄存器编号进行了对应，比如，寄存器R1的初始值，就用0x01010101标识。为了初始化任务堆栈，我们实现一个统一的函数。

unsigned int *StackInit (void (*task)(void *param), void *param, unsigned int *pTop)

{

unsigned int *pStack;

pStack = pTop; /* 指向栈顶*/

*(pStack) = (unsigned int)0x01000000L; /* 保存R15(xPSR) 特殊寄存器值固定*/

*(--pStack) = (unsigned int)task; /*保存任务地址 R14(PC) */

*(--pStack) = (unsigned int)0x13131313L; /*LR */

*(--pStack) = (unsigned int)0x12121212L; /* R12 */

*(--pStack) = (unsigned int)0x03030303L; /* R3 */

*(--pStack) = (unsigned int)0x02020202L; /* R2 */

*(--pStack) = (unsigned int)0x01010101L; /* R1 */

*(--pStack) = (unsigned int)param; /* R0 : 参数指针 */

*(--pStack) = (unsigned int)0x11111111L; /* R11 */

*(--pStack) = (unsigned int)0x10101010L; /*R10 */

*(--pStack) = (unsigned int)0x09090909L; /* R9 */

*(--pStack) = (unsigned int)0x08080808L; /* R8 */

*(--pStack) = (unsigned int)0x07070707L; /*R7 */

*(--pStack) = (unsigned int)0x06060606L; /* R6 */

*(--pStack) = (unsigned int)0x05050505L; /* R5 */

*(--pStack) = (unsigned int)0x04040404L; /* R4 */

return (pStack);

}

任务堆栈的初始化，我们暂且写到这里，下一篇我们将继续讨论如利用初始化的任务堆栈，启动多任务进行工作。

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