ucos中的三种临界区管理机制

    熟悉ucos，或者读过Jean.J.Labrosse写过的ucos书籍的人，一定会知道ucos中著名的临界区管理宏：OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()。

    同样是通过关中断来保护临界区，OS_ENTER_CRITICAL/OS_EXIT_CRITICAL一共实现了三种实现方式，如下所示：

1.       #if OS_CRITICAL_METHOD == 1  

2.       #define OS_ENTER_CRITICAL() __asm__("cli")  

3.       #define OS_EXIT_CRITICAL() __asm__("sti")  

4.       #endif  

5.         

6.       #if OS_CRITICAL_METHOD == 2  

7.       #define OS_ENTER_CRITICAL() __asm__("pushf \n\t cli")  

8.       #define OS_EXIT_CRITICAL() __asm__("popf")  

9.       #endif  

10.      

11.    #if OS_CRITICAL_METHOD == 3  

12.    #define OS_ENTER_CRITICAL() (cpu_sr = OSCPUSaveSR())  

13.    #define OS_EXIT_CRITICAL() (OSCPURestoreSR(cpu_sr))  

14.    #endif  

   第一种方式，OS_ENTER_CRITICAL()简单地关中断，OS_EXIT_CRITICAL()简单地开中断。这种方式虽然简单高效，但无法满足嵌套的情况。如果有两层临界区保护，在退出内层临界区时就会开中断，使外层的临界区也失去保护。虽然ucos的内核写的足够好，没有明显嵌套临界区的情况，但谁也无法保证一定没有，无法保证今后没有，无法保证在附加的驱动或什么位置没有，所以基本上第一种方法是没有人用的。

    第二种方式，OS_ENTER_CRITICAL()会在关中断前保存之前的标志寄存器内容到堆栈中，OS_EXIT_CRITICAL()从堆栈中恢复之前保存的状态。这样就允许了临界区嵌套的情况。但现在看来，这种方法还存在很大的问题，甚至会出现致命的漏洞。

    在OS_CRITICAL_METHOD=2的情况下，假设有如下代码：

  1. function_a()  
  2. {  
  3.      int a=(1<<31);  
  4.      OS_ENTER_CRITICAL();  
  5.      function_b(a);  
  6.      OS_EXIT_CRITICAL();  
  7.        
  8. }  

   会出现什么情况？在我的实验中，OS_EXIT_CRITICAL()之后，会出现处理器异常。为什么会出现处理起异常，让我来模拟一下它的汇编代码。之所以是模拟，并非是我虚构数据，而是因为我实际碰到问题的函数复杂一些，理解起来就需要更多的代码。而这个问题是有普遍意义的，所以请允许我来浅显地揭示这个隐藏的bug。

  1. function_a:  
  2.      push ebp  
  3.      mov ebp, esp  
  4.      sub esp, 8  
  5.      mov 4(esp), 0x80000000  
  6.      pushfd  
  7.      cli  
  8.      mov edi, 4(esp)  
  9.      mov (esp), edi  
  10.      call function_b  
  11.     popfd  
  12.     mov esp, ebp  
  13.     ret  

    这是参照了gcc编译结果的汇编模拟，无论是否加优化选项这一问题都存在。这个问题的起因很简单，gcc想聪明一点，一次把堆栈降个够，然后它就可以在栈上随意放参数去调用其他函数。尤其是在调用函数较多的时候，这种做法就更有意义。而且，gcc这种聪明与优化选项O好像没有太大关系，好像没有什么能禁止它这么做。但问题是，gcc不知道我们的OS_ENTER_CRITICAL()和OS_EXIT_CRITICAL()是操作了堆栈的，我尝试过使用__asm____volatile__("pushfd \n\tcli":::"memory")来通知gcc内存数据改变了，但显然gcc不认为堆栈也改变了。于是，OS_ENTER_CRITICAL()保存在栈上的状态就被冲掉了，比如被这里调用参数a的值。在恢复时，是否会引发异常，会引发什么异常，这个就要靠运气了。但我相信一个人的运气不会总是那么好的，所以最后别使用OS_CRITICAL_METHOD=2。

   第三种，在关中断前，使用局部变量保存中断状态。这也是几乎所有实时操作系统共有的选择。但ucos是一朵奇葩，为了兼容前两种方式，OS_ENTER_CRITICAL()/ OS_EXIT_CRITICAL()宏定义并没有提供传递状态参数的功能。所以它的临界去必须这么用：

  1. function_a()  
  2. {  
  3. #if OS_CRITICAL_METHOD == 3  
  4.     int cpu_sr;  
  5. #endif  
  6.       int a = 1<<31;  
  7.       OS_ENTER_CRITICAL();  
  8.       function_b(a);  
  9.       OS_EXIT_CRITICAL();  
  10. }  

    这种代码怎么看怎么别扭，可能是因为在函数体内加了宏定义吧。然后，第三种方法对同一个函数体内的嵌套临界区无法支持，这在一些很长大的函数中使用时或许会造成一定困扰。 好吧，如果有了问题，就要有解决方案，毕竟我不是为了让大家对ucos失去信心的。我们可以参考下一般的实时操作系统是如何实现关中断临界区的，就是以显式的方式用局部变量保存中断状态。

  int_lock()和int_unlock()的可以用汇编更高效地实现，也可以选择只恢复中断标志的状态。这种方法让我们显示地管理状态保存的情况，我觉得至少要比宏定义清楚多了。

  1. int int_lock()  
  2. {  
  3.    int cpu_sr;  
  4.     __asm__ __volatile__("pushfd \n\t pop %0\n\t cli":"=r"(cpu_sr));  
  5.     return cpu_sr;  
  6. }  
  7.   
  8. void int_unlock(int cpu_sr)  
  9. {  
  10.      __asm__ __volatile__("push %0\n\t popfd"::"r"(cpu_sr));  
  11. }  
  12.   
  13. function_a()  
  14. {  
  15.    int a, cpu_sr;  
  16.    a=1<<31;  
  17.    cpu_sr = int_lock();  
  18.    function_b(a);  
  19.    int_unlock(cpu_sr);  
  20. }       




posted @ 2014-01-18 11:10  沙飞  阅读(2134)  评论(0)  编辑  收藏  举报