TriCore处理器的上下文切换原理

我们通常说的上下文又叫CPU上下文，是CPU运行任何任务前，必须依赖的环境，包括CPU 寄存器和程序计数器。

上下文切换：就是先把前一个任务的 CPU 上下文（也就是 CPU 寄存器和程序计数器）保存起来，然后加载新任务的上下文到这些寄存器和程序计数器，最后再跳转到程序计数器所指的新位置，运行新任务。

2.1 TriCore 硬件上下文介绍

TriCore 与以往嵌入式处理器不同，TriCore提供了一种硬件的上下文机制，这种机制是专为嵌入式实时操作系统设计的。

TriCore上下文类型分为2种：

上层上下文：由上地址寄存器A[10]到A[15]和上数据寄存器D[8]到D[15]组成。上层上下文还包括PCXI和PSW。为了进行函数调用，这些寄存器被指定为非易失性（它们的内容在调用之间保存）。

下层上下文：由较低的地址寄存器A[2]到A[7]，较低的数据寄存器D[0]到D[7]，A[11]（返回地址）和PCXI组成。

上层上下文与下层上下文分布框图如下图1所示

▲图 1

上层上下文：外部中断；陷阱；函数调用；会自动保存恢复上下文。

下层上下文：如果要改变内容，需要显式的使用代码指令去读写寄存器。

下层上下文寄存器类似于全局寄存器。在外部中断；陷阱；函数调用；中对这些寄存器做修改后，事件返回后值仍然会存在。

2.2 TriCore 上下文保护区CSAs

TriCore上下文保存到内存时，会占用16个字的存储块，称为上下文保存区域(CSAs)。该体系结构使用固定大小的上下文保存区域的链接表。CSA是16个字对齐的内存存储器。每个CSA只包含一个上层上下文或一个下层上下文。CSAS通过一个LinkWord连接在一起。LinkWord包括两个字段，它们将给定的CSA链接到链中的下一个字段。这些字段是一个4位的线段和一个16位的偏移量。段号和偏移量用于生成链接CSA的有效地址(EA)。将指针偏移值增加1，总是使EA增加到比前一个位置高16个字的地址。详见下图2。

▲图2

2.3 TriCore CSAs访问

TriCore 内核有三个寄存器用来操作访问 CSA 的信息：

1. FCX： 这个寄存器的值用来指向全局的空闲的 CSA 列表头指针地址信息。（总是指向可用的 CSA 列表头指针）

2. PCX：这个寄存器的值用来保存前一个任务的 CSA 列表头指针地址信息。PCX 同时也是 PCXI 寄存器的一部分。

3. LCX： 如果 LCX 寄存器的值与 PCX 的值一致，那么就会触发一个 FCD 陷阱。（FCD：空闲上下文空间消耗殆尽的异常）

上下层上下文保存在上下文保存区域(CSA)中。未使用的CSA在空闲上下文列表(FCX)中链接在一起。包含保存的上下层上下文的CSA在上一个上下文列表(PCX)中链接在一起。下图3显示了两个上下文列表中的CSAs的简单配置。

▲图3

由迪捷软件自主研发的SkyEye全数字实时仿真软件，是基于可视化建模的硬件行为级仿真平台，利用拖拽的方式快速搭建任意的虚拟硬件平台，保证虚拟嵌入式系统的可靠性和实时性，进行嵌入式软件的开发和调试。SkyEye目前支持主流的嵌入式硬件平台，可以运行主流的操作系统，此外还能适配国内自主研发的操作系统天脉。通过利用基于LLVM的动态二进制翻译技术，使虚拟处理器在典型的桌面计算机上运行速度可以达到2000MIPS以上。对标产品为美国风河公司的Simics。

在SkyEye 实时仿真软件中实现了TriCore CPU内部所有寄存器在内的数据结构，内存访问接口和内存设备。在SkyEye中，通过将寄存器PCXI，寄存器PSW等上层上下文内容存入FCX寄存器所指向的CSA区域，仿真TriCore真实硬件保存上层上下文操作。通过访问PCXI寄存器所对应的CSA区域获取之前存储在内存中的上层上下文内容来仿真TriCore真实硬件恢复上层上下文操作。

SkyEye中 TriCore 简单模块实现gp模型图，如下图所示: