上下文切换

Question

我正在尝试按照stm32f407 发现板上的教程实现任务计划。

有四个函数，每次执行一个1ms，然后切换到下一个函数。

教程定义了整个流程，我们将保存每个函数的每个堆栈寄存器，即这些寄存器xpsr，pc，lr，R0...R13，然后将下一个函数的这个值加载到PSP（处理器堆栈指针）在上下文切换时（这将发生在 systick_handler 内部，它将以 1 毫秒的间隔触发）。

我不明白的是，我认为寄存器是全局的，而不是像函数内部的变量那样私有的。那么他如何为每个函数保存这些寄存器值。这是给定的代码https://github.com/niekiran/CortexMxProgramming/blob/master/Source_code/015_task_scheduler/Src/main.c 如果有人可以向我简要介绍一下上下文切换部分，那么我将对我正在做的事情非常有信心

谢谢

Answer 1

想象一下，您可以在某个时间点拍摄 CPU 的照片，并且该照片可以显示当时 CPU 中的各个 1 和 0。如果你有办法在未来某个时候将照片中的 1 和 0 恢复到 CPU 中，然后你可以让 CPU 运行，那么假设 RAM 和 ROM 内容没有改变，它将继续做以前的事情拍摄照片的地点。

这本质上就是上下文切换的作用。它保存了 CPU 的所有“易失性上下文”：所有通用寄存器的内容（包括告诉它正在执行的指令的程序计数器，粗略地说，还有堆栈指针）以及处理器状态寄存器（PSR）。这些信息足以让 CPU 在未来某个时间从该确切点再次恢复。

在 Cortex-M 上，有两个堆栈指针，它们的存在是为了使这个过程更容易。其中一个或另一个始终可以作为sp (r13) 访问。此示例的配置方式，处理程序模式代码使用 MSP（主堆栈指针），线程模式代码使用 PSP（进程堆栈指针）。寄存器r0-r3、r12、lr (r14)、pc (r15) 和 PSR 在进入处理程序模式时被推送到活动堆栈。只剩下r4-r11 和堆栈指针（r13 处于线程模式，但现在通过专用的PSP 寄存器访问，因为处理程序正在使用 MSP）。

因此上下文切换获取PSP 的值，然后将r4-r11 推入任务自己的堆栈，然后将更新后的任务堆栈指针值保存在其任务控制块中。现在 CPU 在进入处理程序模式时的整个 volatile 上下文已保存到正在运行的任务的堆栈中，并且堆栈指针已保存在 TCB 中。剩下的就是找到一个新的任务来运行，从它的 TCB 中取出它的堆栈指针，用它来弹出r4-r11，然后在返回之前更新PSP。退出处理程序模式时，r0-r3、r12、lr、pc 和 PSR 都会被硬件自动弹出。

所以是的，寄存器是“全局的”，在某种程度上，每个任务都使用相同的寄存器。但是当一个任务没有运行时，这些寄存器的内容存储在它的堆栈中，并在下一次准备运行时恢复到寄存器中。这就是上下文切换的目的。