基于RISC-V内核单片机移植RTOS实时操作系统(二)

今天聊下移植RTOS时RISC-V内核时单片机任务栈保存哪些内容。

上一章中列举了所有的寄存器，当需要切换任务时刻的寄存器值，除x0恒为0，其他的寄存器无法预知其值，切换时均需要保存(gp寄存器编译好后，固定不变，理论上可以不操作，为保持一致性和完整性，一并保存)，如果使用浮点，还应该包括浮点寄存器。 每个RTOS均会定义一个和上下文保存相关的结构体，以rt-thread为例，可以看到如下图1的数据结构定义。

图1 上下文保存结构体

可以看到除了通用寄存器外，还有两个前文提到的成员mepc、mstatus，其中mstatus中含有中断的使能控制位，而mepc为机器模式下异常程序指针寄存器，其值会在执行mret后更新给pc，我们正式通过设置该寄存器的值来控制程序运行的切换。

当我们新建一个线程，初始化线程时，会为其开辟一个线程栈(程序中通常设置一个数组)，即对上述结构体做初始化，在rt-thread中的代码如下图2所示。

图2 线程堆栈初始化

由程序可知，堆栈初始化在线程初始化中被调用，线程初始化程序中首先将整个堆栈空间设成“#”，然后根据堆栈的增长方向设置不同参数，以红框中的向下增长为例，将线程的入口位置，线程可以带一个参数，返回地址，堆栈顶部地址。从堆栈初始化程序*rt_hw_stack_init中可以看出，其先将堆栈顶部地址对齐，然后向下偏移一个rt_hw_stack_frame结构体的大小，用于存储图1中需要存储的寄存器，并对该部分空间进行了初始化。其中把线程的入口地址给了mepc，线程输入参数给a0，mstatus初始值(MPP、MPIE、FS、MIE)，即强制机器模式，使能浮点，MPIE为1，MIE为0。如果不带硬件浮点，可将该值设置为0x1880。另外设置ra为线程的返回地址，一般情况下一个线程我们希望一直运行的，当需要返回时说明该线程不再需要运行，所以返回地址一般是一段将该线程从线程列表中删除并切换至下一个线程的一段程序，即图2红框的中调用的函数_rt_thread_exit。

初始化线程时会定义一个rt_thread结构的全局变量，线程的操作即依靠该结构体。其内部内容如下图3所示，其内部可以看到一个sp成员，初始化好的堆栈指针即传给该成员。

图3 rt_thread结构体详情

综上可以看出有每个线程一个rt_thread结构体，由rt_thread->sp可获得该线程的堆栈位置，堆栈的栈顶的sizeof(rt_hw_stack_frame)空间存放了该线程运行需要的CPU寄存器值，剩余空间用于该线程运行时变量的出入栈。

以上的内容在其他RTOS中也能看到，例如上下文保存结构体rt_hw_stack_frame在华为鸿蒙LiteOS_M中有TaskContext，TencentOS_Tiny中有cpu_context_t，而线程管理的结构体rt_thread，LiteOS_M中LosTaskCB，TencentOS_Tiny中有k_task_st等。