More Related Content
Viewers also liked
Viewers also liked (17)
Recently uploaded
【学習メモ#12th】12ステップで作る組込みOS自作入門
- 1. 12ステップで作る組込みOS自作入門 12thステップ @sandai
- 4. 1.割込みとスレッド
- 5. 割込みの延長で動作 ● 7thのようなサンプル・プログラムは、シリア ル受信割込みのハンドラ内部でコマンド応答処 理を行なっている – こういった実装を「割込みの内部で処理している」 「割込みの延長で動作する」などと呼ぶ ● 割込みの内部で処理すると、重たい処理であれ ば割込みの遅延が発生するので良くない ● 割込みハンドラで必要な処理を行うのではな く、処理用のスレッドで行う形が良い – シリアル通信を例に行なってみる
- 6. シリアル送受信の場合 ● シリアル・コントローラは送信と受信の割込み ベクタが同じなので、一つの割込みハンドラで 送信と受信の処理を行う ● シリアル受信割込みはデータを受信することで 割込みが発生する ● シリアル送信割込みは1文字送信を行ったと き、その送信処理が完了して次の文字の送信が 可能になったときに発生する
- 7. シリアル受信割込み ● シリアル受信処理の実装 – ①割込みハンドラで受信文字を取り出してメッセー ジによりコマンド応答スレッドに送信 – ②コマンド応答スレッドは、メッセージを受信した ら文字を組み立ててコマンドとして解釈し、該当の 処理を行う ● こうすればシリアル受信の割込みはコマンド応 答スレッドに受信文字を送信するだけで済む
- 8. シリアル送信割込み ● これまでの方法だとビジーループにより送信可 能になるまで待ち合わせる形だった ● ビジーループ中は他の処理が行えず、CPUが空 回りしている状態でCPU時間が無駄 ● この問題を回避する方法として、シリアル送信 割込みを利用する
- 9. シリアル送信割込みの実装例 ● 実装例 – シリアル送信の割込みハンドラとシリアル送信ス レッド作成 – シリアル送信スレッドは送信要求を受けたら、送信 バッファに送信する文字列を書き込み、先頭の1文 字を送信。送信後に割込み待ち状態に – 1文字の送信が完了するとシリアル送信割込みが発 生。割込みハンドラでは送信バッファを参照し、未 送信の文字列が残っているならば次の1文字を送信 – 1文字の送信が完了すると再度送信割込みが入る ● この部分は今回のプログラムでいうところの consdrv.cにあたる
- 10. 非タスク・コンテキスト ● シリアル受信割込みが発生したとき、スレッド に受信データを渡し、コマンド・スレッドでコ マンド応答処理を行う ● 要は受信データは行単位でメモリに格納して メッセージ通信により渡す流れとなる – つまり、シリアル受信割込み発生中にメッセージ通 信とメモリ獲得の割込みが必要となり、割込み中に 割込みが発生するという結果になる。これではコン テキスト情報が破壊されてしまい正常に動作しない ● 割込み処理中は中断も再開もできないわけで、 スレッドのようにスリープさせられない ● こういう状態を非タスク・コンテキストと呼ぶ
- 11. タスク・コンテキスト ● 割込みが非タスク・コンテキストで動作するな ら、スレッドの状態はタスク・コンテキストと 呼ぶ ● 割込み中の割込みではコンテキスト情報の保存 先が無いため、システム・コールは呼べない ● よって、スレッドへのデータの受け渡しのため に、割込みではないけれど同じ処理ができる サービスをOSに実装する必要がある
- 12. サービス・コール ● そこで、システム・コールと同じ処理を割込み でなく関数として呼び出せるサービス・コール という機能を実装する – 実体はシステム・コールと全く同じ。KOZOSでは呼 び名を変えているだけ ● サービス・コールは割込みハンドラでの処理中 に、システム・コールと同じようなことができ るための関数ってわけ ● よって、サービス・コールは割込みハンドラで のみ利用可能でスレッドからの利用は一切禁止 – スレッドの実行中に割込みが入り他スレッドに処理 が切り替わったりそのスレッドがシステム・コール を発行すると、関数が再入される可能性もあるため
- 13. 追加するサービス・コール ● 追加するサービス・コールは以下の4つ – kx_wakeup() – kx_send() – kx_kmalloc(),kx_kmfree() ● 実際はシステム・コールのkz_xxxと同じで、割 込みハンドラ内でのみ利用可能 – 処理内容はkz_wakeup()をコピペして、kx_wakeup() にしただけのやつ
- 14. 排他 ● シリアル送信割込みでは送信バッファの扱いに 注意する必要がある ● 送信バッファをスレッドと割込みという異なる コンテキストから操作しており、再入が行われ る可能性がある ● そこで今回は割込み禁止にして送信を行う関数 を再入させないようにする
- 15. 割込みの管理 ● 今まで割込みハンドラの登録は内部のサービス 関数によって行なっていたけれど、ここでシス テム・コールとして利用できるようにしている ● これでOSのユーザが割込みハンドラを自由に登 録できるようにはなった
- 17. 2.コマンド処理の実装
- 18. プログラムの修正と追加 ● 追加ファイル – consdrv.h,consdrv.c...コンソール・ドライバ・ス レッド – command.c...コマンド・スレッド ● 修正ファイル – defines.h...メッセージIDの定義 – syscall.h,syscall.c...システム・コール、サービ ス・コールの追加 – kozos.h,kozos.c...システム・コール、サービス・ コールの追加 – main.c...起動するスレッドの修正 – Makefile
- 19. 修正と追加内容 ● サービス・コール追加 – 追加した関数についてはスライドの12p参照 – サービス・コールの追加に伴い、ごちゃごちゃと細 かい部分修正 ● コンソール・ドライバ・スレッド追加 – コンソールを利用するためのデバイス・スレッド – 基本的には他スレッドからのコマンド (CONSDRV_CMD_USEやCONSDRV_SMD_WRITE)受け付け と、シリアル送受信の処理が行われる(割込みハン ドラもここで登録) ● コマンド・スレッド追加 – コンソールからのコマンド処理を行う ● あとはまあいろいろだ
- 20. 構造体のパディング ● 一般的なCPUでは整数値などのデータはそのサ イズにアライメントされている必要がある – 2バイトのデータは2の倍数のアドレス、4バイトの データは4の倍数のアドレスに配置されている必要 があるわけ ● アドレスをなんらかの値の倍数に合わせること をアライメントと呼び、その倍数を境界やバウ ンダリと言う ● 今回はconsregという構造体でアライメントが 為されており、アライメント調節用の付加領域 のことを一般にパディングと呼ぶ。パディング はコンパイラによって自動的に付加される
- 21. シリアル送受信の処理 ● consdrv.cにあるconsdrv_intrproc()が割込み の実質的な処理にあたる ● コンソールに文字が入力されたとき(シリアル 受信割込み)と、コンソールに1文字送信して送 信処理が完了し、次の文字が送れるようになっ たとき(シリアル送信割込み)の処理を行う ● 1つの関数で2つ役割があるので注意すること ● この割込みハンドラではsend_char()を利用し ているが、スレッド側からもこの関数を利用し ている(スレッド側は実際はsend_string()) ● 再入の不具合がおこるのでスレッド側から呼び 出すときは割込み禁止にして呼び出されている
- 22. 3.プログラムの実行
- 23. a /Users/sandai/12step/src/12/os% sudo cu -l /dev/tty.usbserial- FTG6PQ4H . . . kzload> run starting from entry point: ffc020 kozos boot succeed! command> echo aaa aaa command>
- 24. 4.まとめ
- 25. まとめ ● 今回のポイントはシリアル送受信の割込み部分 と、それを可能にしているタスク間通信。ス レッドはいわずもがな ● 最終的にはCPUとメモリとI/Oをユーザから操作 できるようなシステムコールが実装されたこと になる ● あとはタイマとかLANのドライバとか書いたり するのが発展系なんだろう ● おつかれーつかれたー