rtthread学习笔记系列(4/5/6/7/15/16)

文章目录

4. 杂项
- 4.1 检查是否否是2的幂
5. 预编译命令
- void类型和rt_noreturn类型的区别
6.map文件分析
7.汇编.s文件
- 7.1 汇编指令
- - 7.1.1 BX
  - 7.1.2 LR链接寄存器
  - 7.1.4 []的作用
  - 7.1.4 简单的指令
- 7.2 MSR
- 7.3 PRIMASK寄存器
- 7.4.中断启用禁用
- 7.3 HardFault_Handler
15 ARM指针寄存器
16 IDLE线程
- 16.1 defunct流程

https://github.com/wdfk-prog/RT-Thread-Study

4. 杂项

4.1 检查是否否是2的幂

检查sz_blk是否是2的幂。原理如下：

如果一个数是2的幂，那么它的二进制表示中只有一个位是1，其余都是0。例如，2（10），4（100），8（1000）等。
当我们从这个数中减去1时，所有从最右边的1开始到最左边的所有位都会翻转。例如，4（100）减去1变成3（011）。
因此，如果一个数是2的幂，那么这个数与它自己减去1的结果进行位与运算，会得到0。因为没有位同时在两个数中都是1。
反之，如果一个数不是2的幂，那么它至少有一个位不是1，这样减去1之后，至少有一个位在两个数中都是1，位与运算的结果不为0。
这个技巧在编程中经常被用来快速检查一个数是否是2的幂，因为它比循环或递归方法更高效。

#define IS_POWER_OF_TWO(x) (((x) & ((x) - 1)) == 0)

5. 预编译命令


#define __RT_STRINGIFY(x...)        #x

#define RT_STRINGIFY(x...)          __RT_STRINGIFY(x)

#define rt_section(x)               __attribute__((section(x)))

#define rt_used                     __attribute__((used))

#define rt_align(n)                 __attribute__((aligned(n)))

#define rt_weak                     __attribute__((weak))

#define rt_typeof                   __typeof__

#define rt_noreturn                 __attribute__ ((noreturn))

#define rt_inline                   static __inline

#define rt_always_inline            static inline __attribute__((always_inline))

-__RT_STRINGIFY(x...) 和 RT_STRINGIFY(x...)：这两个宏用于将参数转换为字符串。__RT_STRINGIFY直接将参数转换为字符串，而 RT_STRINGIFY则通过 __RT_STRINGIFY间接完成转换，以确保参数先被宏展开再转换为字符串。

-rt_section(x)：这个宏用于将特定的函数或变量放入指定的段(section)中。

-rt_noreturn：这个宏用于指示函数不会返回。这对于像 exit()或 abort()这样的函数很有用。

rt_noreturn 是一个函数属性，用于告诉编译器这个函数不会返回到调用者。这个属性可以帮助编译器进行优化。

在C语言中，大多数函数在完成它们的工作后都会返回到调用者。然而，有些函数，如 exit() 或 abort()，在被调用后不会返回。这是因为它们会终止程序的执行，或者跳转到其他的执行流程，而不是返回到原来的位置。当编译器看到一个函数被声明为 noreturn，它就知道这个函数不会返回到调用者。这样，编译器就可以省略一些针对函数返回的代码生成和优化。例如，编译器可能不需要保存寄存器的值，或者不需要在函数调用后生成一些可能永远不会执行的代码。

void类型和rt_noreturn类型的区别

void类型的函数和带有 rt_noreturn属性的函数之间的主要区别在于它们的行为，而不仅仅是它们的返回值。

void类型的函数确实没有返回值，但这并不意味着它们不会返回到调用者。当 void函数完成其工作后，控制权会返回到调用该函数的代码。

然而，带有 rt_noreturn属性的函数永远不会返回到调用者。这意味着一旦调用了这样的函数，程序的控制流就不会回到原来的位置。这对于像 exit()或 abort()这样的函数来说是非常有用的，因为这些函数在被调用后会终止程序的执行，或者跳转到其他的执行流程。

所以，rt_noreturn并不是关于函数的返回值的，而是关于函数是否会返回到调用者。这个属性可以帮助编译器进行更好的优化，因为编译器知道一旦调用了 rt_noreturn函数，就不需要生成任何后续的代码。希望这个解释对你有所帮助！

6.map文件分析


Image$$ER_IROM1$$Base                    0x90000000   Number         0  anon$$obj.o ABSOLUTE

__Vectors                                0x90000000   Data           4  startup_stm32h750xx.o(RESET)

__Vectors_End                            0x90000298   Data           0  startup_stm32h750xx.o(RESET)

__main                                   0x90000299   Thumb Code     0  entry.o(.ARM.Collect$$$$00000000)

_main_stk                                0x90000299   Thumb Code     0  entry2.o(.ARM.Collect$$$$00000001)

_main_scatterload                        0x9000029d   Thumb Code     0  entry5.o(.ARM.Collect$$$$00000004)

__main_after_scatterload                 0x900002a1   Thumb Code     0  entry5.o(.ARM.Collect$$$$00000004)

_main_clock                              0x900002a1   Thumb Code     0  entry7b.o(.ARM.Collect$$$$00000008)

_main_cpp_init                           0x900002a1   Thumb Code     0  entry8b.o(.ARM.Collect$$$$0000000A)

_main_init                               0x900002a1   Thumb Code     0  entry9a.o(.ARM.Collect$$$$0000000B)

__rt_final_cpp                           0x900002a9   Thumb Code     0  entry10a.o(.ARM.Collect$$$$0000000D)

__rt_final_exit                          0x900002a9   Thumb Code     0  entry11a.o(.ARM.Collect$$$$0000000F)

rt_hw_interrupt_disable                  0x900002ad   Thumb Code     8  context_rvds.o(.text)

rt_hw_interrupt_enable                   0x900002b5   Thumb Code     6  context_rvds.o(.text)

rt_hw_context_switch                     0x900002bb   Thumb Code    32  context_rvds.o(.text)

rt_hw_context_switch_interrupt           0x900002bb   Thumb Code     0  context_rvds.o(.text)

PendSV_Handler                           0x900002db   Thumb Code   108  context_rvds.o(.text)

rt_hw_context_switch_to                  0x90000347   Thumb Code    76  context_rvds.o(.text)

rt_hw_interrupt_thread_switch            0x90000393   Thumb Code     2  context_rvds.o(.text)

HardFault_Handler                        0x90000395   Thumb Code    56  context_rvds.o(.text)

MemManage_Handler                        0x90000395   Thumb Code     0  context_rvds.o(.text)

rt_memcpy                                0x900003e9   Thumb Code     0  rt_memcpy_rvds.o(.text)

Reset_Handler                            0x9000060d   Thumb Code     8  startup_stm32h750xx.o(.text)

Reset_Handler 根据链接脚本设置 ENTRY(Reset_Handler);应为RAM首地址位置;实际并不是

原因:

在汇编启动文件中,首先设置了向量表,再设置复位函数


; Vector Table Mapped to Address 0 at Reset

    AREA    RESET, DATA, READONLY

    EXPORT  __Vectors

    EXPORT  __Vectors_End

    EXPORT  __Vectors_Size


__Vectors       DCD     __initial_sp                      ; Top of Stack

    DCD     Reset_Handler                     ; Reset Handler

-Reset_Handler 编写中调用 SystemInit与 __main


Reset_Handler    PROC

        EXPORT  Reset_Handler                    [WEAK]

    IMPORT  SystemInit

    IMPORT  __main


        LDR     R0, =SystemInit

        BLX     R0

        LDR     R0, =__main

        BX      R0

        ENDP

-__main中执行rtt初始化:https://www.rt-thread.org/document/api/group___system_init.html#details

7.汇编.s文件

https://zhuanlan.zhihu.com/p/98888285

7.1 汇编指令

7.1.1 BX

BX指令：在ARM汇编语言中，BX指令用于跳转到指令中所指定的目标地址。这个目标地址可以是ARM指令，也可以是Thumb指令。BX指令的格式为：BX {条件} 目标地址。这个指令的特点是它可以改变处理器的状态，从ARM状态切换到Thumb状态，或者从Thumb状态切换到ARM状态。这种状态切换的功能使得BX指令在实现子程序调用和处理器工作状态切换时非常有用。

7.1.2 LR链接寄存器

LR链接寄存器：在ARM架构中，链接寄存器（Link Register，简称LR）通常用于存储子程序返回地址。当执行BL（带返回的跳转指令）或BLX（带返回和状态切换的跳转指令）时，处理器会将下一条指令的地址保存到LR中。然后，当子程序执行完毕后，可以通过将LR的内容加载到程序计数器（PC）中，从而返回到调用者。这种机制使得子程序的调用和返回变得非常方便和高效。
在用户模式下，LR（或R14）用作链接寄存器，用于存储子程序调用时的返回地址。如果返回地址存储在堆栈上，它也可以用作通用寄存器。

在异常处理模式中，LR 保存异常的返回地址，或者如果在异常内执行子例程调用，则保存子例程返回地址。如果返回地址存储在堆栈中，LR 可以用作通用寄存器。

7.1.4 []的作用

在这段ARM汇编代码中，LDR r3, [r2] 是一条加载指令。这条指令的作用是从内存中加载数据。
r3 和 r2 是寄存器，它们是CPU中用于临时存储数据的小存储区。在这个上下文中，r3 和 r2 只是寄存器的名称，它们没有特殊的含义，只是用于标识这些寄存器。

[r2] 的含义是：使用 r2 寄存器中的值作为内存地址，从该地址加载数据。[] 的作用是表示间接寻址，也就是说，我们不是直接使用 r2 的值，而是使用 r2 中的值作为一个内存地址，从这个地址中获取数据。

所以，LDR r3, [r2] 的整体含义是：从内存中的 r2 所指向的地址加载数据，然后将这些数据存储到 r3 寄存器中。这就是这条指令的作用。

7.1.4 简单的指令

LDR: 将地址加载到寄存器中。
CMP: 比较两个操作数的值。
BEQ

7.2 MSR

MSR指令[1][2][3][4]：在ARM汇编语言中，MSR（Move to Status Register）指令用于将操作数的内容传送到程序状态寄存器的特定域中。其中，操作数可以为通用寄存器或立即数。MSR指令通常用于恢复或改变程序状态寄存器的内容。例如，当需要修改状态寄存器的内容时，可以通过“读取-修改-写回”指令序列完成。这种操作通常用于切换处理器模式、或者允许/禁止IRQ/FIQ中断等。

7.3 PRIMASK寄存器

PRIMASK寄存器[5][6][7]：在ARM Cortex-M处理器中，PRIMASK寄存器用于控制中断的优先级，允许屏蔽（禁止）特定优先级的中断。PRIMASK寄存器是一个单比特（bit）的寄存器，只有两个有效的取值：0和1。当PRIMASK寄存器的值为0时，表示所有中断都可以触发。当PRIMASK寄存器的值为1时，会禁止所有可屏蔽的中断。这意味着通过设置 PRIMASK 寄存器为 1，可以禁用所有中断，从而实现临界区的保护或者实现禁止中断的功能。

7.4.中断启用禁用


/*

 * rt_base_t rt_hw_interrupt_disable();

 */

.global rt_hw_interrupt_disable

.type rt_hw_interrupt_disable, %function

rt_hw_interrupt_disable:

//将PRIMASK写入RO寄存器

    MRS     r0, PRIMASK

//设置CPSID为I,用于禁用中断

    CPSID   I

    BX      LR


/*

 * void rt_hw_interrupt_enable(rt_base_t level);

 */

.global rt_hw_interrupt_enable

.type rt_hw_interrupt_enable, %function

rt_hw_interrupt_enable:

//从RO取回PRIMASK

    MSR     PRIMASK, r0

    BX      LR

由于将PRIMASK的值暂存在r0中，执行临界段代码时r0值会不会改变？

https://club.rt-thread.org/ask/question/d5156cdf3abb63a1.html

7.3 HardFault_Handler


.global HardFault_Handler

.type HardFault_Handler, %function

HardFault_Handler:

    /* 获取当前上下文 */

    MRS     r0, msp                 /* 从处理程序获取故障上下文 */

    TST     lr, #0x04               /* 如果!EXC_RETURN[2] */

    BEQ     _get_sp_done

    MRS     r0, psp                 /* 从线程获取故障上下文 */

_get_sp_done:


    STMFD   r0!, {r4 - r11}         /* 压入r4 - r11寄存器 */

#if defined (__VFP_FP__) && !defined(__SOFTFP__)

    STMFD   r0!, {lr}               /* 压入标志的占位符 */

#endif

    STMFD   r0!, {lr}               /* 压入exec_return寄存器 */


    TST     lr, #0x04               /* 如果!EXC_RETURN[2] */

    BEQ     _update_msp

    MSR     psp, r0                 /* 更新堆栈指针到PSP */

    B       _update_done

_update_msp:

    MSR     msp, r0                 /* 更新堆栈指针到MSP */

_update_done:


    PUSH    {LR}

    BL      rt_hw_hard_fault_exception  /* 调用硬件故障异常处理函数 */

    POP     {LR}


    ORR     lr, lr, #0x04

    BX      lr  /* 返回 */

15 ARM指针寄存器

https://blog.csdn.net/zhuguanlin121/article/details/120883025

-堆栈指针r13 SP：每一种异常模式都有其自己独立的r13，它通常指向异常模式所专用的堆栈，也就是说五种异常模式、非异常模式（用户模式和系统模式），都有各自独立的堆栈，用不同的堆栈指针来索引。这样当ARM进入异常模式的时候，程序就可以把一般通用寄存器压入堆栈，返回时再出栈，保证了各种模式下程序的状态的完整性。

栈顶指针（Stack Pointer）是寄存器页的核心，用以指向系统栈的栈顶位置，某些情况下也可以作为通用寄存器来使用，例如，在 ARM Cortex M 内核中，SP 可以作为 R13 来使用。由于栈是函数式语言的核心，在操作系统中 SP 的地位举足轻重，以 RT-Thread 为例，每个用户任务都有独享的栈，任务的切换几乎就是栈的切换，也就是栈顶指针的切换，我们可以毫不夸张的说：栈顶指针就是每个任务的生命线。

-连接寄存器r14 LR：每种模式下r14都有自身版组，它有两个特殊功能。

（1）保存子程序返回地址。使用BL或BLX时，跳转指令自动把返回地址放入r14中；子程序通过把r14复制到PC来实现返回，通常用下列指令之一：

（2）当异常发生时，异常模式的r14用来保存异常返回地址，将r14如栈可以处理嵌套中断。

(3) LR 本质上相当于一个深度为 1 的硬件栈，支持且仅支持 1 级函数调用。

PC 指针（Program Counter）和 LR 指针（Link Return）是寄存器页的核心，用于实现流水线的执

行和分支，详细内容我们在本章的开头已经详细讨论过。LR 寄存器在某些情况下也可以作为通用寄存

器来使用，例如，在 ARM Cortex M 内核中，LR 可以作为 R14 来使用。

-程序计数器r15 PC：PC是有读写限制的。当没有超过读取限制的时候，读取的值是指令的地址加上8个字节，由于ARM指令总是以字对齐的，故bit[1:0]总是00。当用str或stm存储PC的时候，偏移量有可能是8或12等其它值。在V3及以下版本中，写入bit[1:0]的值将被忽略，而在V4及以上版本写入r15的bit[1:0]必须为00，否则后果不可预测。

IF 阶段从什么地址读取指令是由 PC 指针控制的，修改其值就可以实现程序的分支。

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