TriCore 内核学习笔记

前段时间在 TriCore 上肝了一个月的 rt-thread 系统移植，终于初步移植成功.所以做下知识整理，本文更多关注的是如何给 TriCore 移植操作系统，整理如下：

简介

TriCore 是英飞凌半导体公司专为嵌入式实时系统设计的 32 位精简指令（RISC）的芯片架构。汽车电子上用的比较多。低中断延迟；硬件自动上下文切换 都是它的特点。

TriCore 寄存器概览

32 个通用目的寄存器

这 32 个通用目的寄存器又分为 16 个通用地址寄存器；16 个通用数据寄存器；

通用地址寄存器（A[0]-A[15]）

A[0], A[1], A[8], A[9] 这四个寄存器被定义为系统全局寄存器，它们的内容不会在 调用；陷阱；中断 发生时被保存或恢复。

A[10] : 被用作栈指针寄存器（SP）。

A[11] : 被用作存储调用和链接跳转的返回地址(RA)，或者用作存储中断和陷阱的返回程序计数器(PC)的值。

A[15] : 隐式地址寄存器，被很多 16 位的指令隐式的使用。有助于简化指令编码。

通用数据寄存器（D[0]-D[15]）

D[15] : 隐式数据寄存器，被很多 16 位的指令隐式的使用。有助于简化指令编码。

TriCore 没有特别区分浮点通用数据寄存器，通用数据寄存器也被用于浮点操作。

系统寄存器

PC : 程序计数器寄存器

程序计数器 (PC) 保存着当前正在运行的指令的地址。程序计数器是任务状态信息的一部分。只有当核心停止时，PC 才会被写入。如果内核没有停止，写入将是无效的。

PSW : 程序状态字寄存器

1. 上半部分用于保存芯片状态： 比如执行 add 指令后，溢出这些标记。
2. 下半部分用于保存系统控制值：访问权限等级；函数调用深度计数；是否是中断环境下的栈指针；全局通用地址寄存器的写允许使能位。

PCXI : 前一个上下文信息寄存器

这个寄存器保存了前一个上下文的信息。比如前一个线程的： CPU 优先级号；中断使能位；上下文的保存地址。保存的上下文类型。

中断系统

TriCore 有两种中断管理方式：

1. 硬件管理方式
2. 软件管理方式

由头文件 ifx_Cfg.h 中的 #define IFX_USE_SW_MANAGED_INT 控制中断管理方式。

中断请求的服务提供者既可以是 CPU，也可以是 DMA。

中断控制单元（ICU）的中断控制寄存器(ICR)持有当前CPU优先级号(CCPN)，全局中断启用/禁用位(IE)和暂挂中断优先级号(PIPN)，以及特定于实现的位来控制中断仲裁周期。

进入中断的流程

1. 保存当前任务的上层 CSA，并且将当前的 PC 值赋值给 A[11] (return address)。
2. 如果处理器之前没有使用中断堆栈（PSW.IS = 0）,那么 A[10] (stack pointer)被赋值为 中断堆栈指针 （ISP），然后 PSW.IS = 1；
3. CPU 模式设置为 Supervisor 模式，即最高权限模式。（PSW.IO = 12b）
4. 设置 PSW.PRS = 00，即：中断内存保护映射？？？（存疑）
5. 清除调用深度寄存器 CDC 的值。
6. 使能调用深度计数。即 PSW.CDE = 1。
7. 设置 PSW.GW = 0 。即：A[0], A[1], A[8], A[9] 全局寄存器不再被允许写入。
8. 设置 ICR.IE = 0 。即：关闭全局中断。
9. 访问中断向量表以获取 ISR 的第一条指令。有效地址是BIV寄存器的内容。

退出中断的流程

当ISR带着RFE (Return From Exception)指令退出时，硬件自动恢复上层上下文。上面的上下文包括保存 之前的CPU优先级号
(PCPN)和 之前的全局中断使能位(PIE)。这些位的值的用法如下:

1. PCXI.PCPN写入ICR。CCPN将CPU优先级设置为中断前的数值。
2. PCXI.PIE写入ICR。IE来恢复这个位的状态。

然后被中断的程序继续执行。

陷阱（trap）系统

trap 是由不可屏蔽中断(NMI)、指令异常、内存管理异常或非法访问等事件引起的。陷阱总是被激活的，不能被软件操作屏蔽。

TriCore 定义了 8 种 trap 类型。每个类型的 trap 用 TIN 来区分，并且在进入 陷阱（trap）服务程序之前， TIN 的值会被赋值到 D[15] 寄存器中。

陷阱可以进一步分类为同步或异步，以及硬件或软件生成。

以下是陷阱的类型：

发生陷阱（trap）时的初始化流程

1. 保存上层上下文。
2. 将返回地址保存到 A[11] 寄存器中。
3. 将 trap 类型（TIN）保存到 D[15] 寄存器中。
4. 当 PSW.IS = 0 时，将中断栈指针赋值给 A[10] 寄存器中，然后将 PSW.IS = 1.
5. CPU 模式设置为 Supervisor 模式，即最高权限模式。（PSW.IO = 12b）
6. 设置 PSW.PRS = 00，即：中断内存保护映射？？？（存疑）
7. 清除调用深度寄存器 CDC 的值。
8. 使能调用深度计数。即 PSW.CDE = 1。
9. 设置 PSW.GW = 0 。即：A[0], A[1], A[8], A[9] 全局寄存器不再被允许写入。
10. 设置 ICR.IE = 0 。即：关闭全局中断。
11. 访问 trap 向量表以获取 trap 服务例程的第一条指令。有效地址是 BTV 寄存器的内容。

TriCore 任务的概念

任务分为两种：

1. SMT （Software Managed Tasks）：由实时操作系统创建，调度程序管理。
2. ISR （Interrupt Service Routines）：处理器在收到硬件中断后直接调用的服务程序。

每一个任务都有自己的模式，一共有三种模式：

1. User-0 Mode:用于不需要访问外围设备的任务。该模式不能启用或禁用中断。
2. User-1 Mode:用于访问普通、不受保护的外围设备的任务。通常这将是对串行端口的读或写访问，对计时器的读访问，和大多数I/O
   状态寄存器。该模式下的任务可能会在短时间内关闭中断
3. Supervisor Mode:：允许对系统寄存器和所有外围设备进行读/写访问。该模式下的任务可以关闭中断。

未完待续

TriCore 有自己的一套硬件上下文切换机制，这套机制虽然让线程切换的开销变小，但是让移植 rt-thread 变得稍许困难。后续我会再写篇文章讲讲 TriCore 的上下文切换机制，以及如何将 rt-thread 系统移植到 TriCore 内核的芯片上。

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