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[应用相关] FreeRTOS列表和列表项

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 楼主 | 2018-9-14 06:55 | 显示全部楼层 |阅读模式
原文地址:https://blog.csdn.net/zhzht19861011/article/details/51190095

FreeRTOS内核调度大量使用了列表(list)和列表项(list item)数据结构。我们如果想一探FreeRTOS背后的运行机制,首先遇到的拦路虎就是列表和列表项。对于FreeRTOS内核来说,列表就是它最基础的部分。我们在这一章集中讲解列表和列表项的结构以及操作函数,在下一章讲解任务创建时,会用到本章的知识点。

      列表被FreeRTOS调度器使用,用于跟踪任务,处于就绪、挂起、延时的任务,都会被挂接到各自的列表中。用户程序如果有需要,也可以使用列表。

      FreeRTOS列表使用指针指向列表项。一个列表(list)下面可能有很多个列表项(list item),每个列表项都有一个指针指向列表。如图1-1所示。



图1-1:列表与列表项

      列表项有两种形式,全功能版的列表项xLIST_ITEM和迷你版的列表项xMINI_LIST_ITEM。我们来看一下它们具体的定义,先看全功能版。




  • struct xLIST_ITEM



  • {



  •      listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE           /*用于检测列表项数据是否完整*/



  •      configLIST_VOLATILETickType_t xItemValue;           /*列表项值*/



  •      struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxNext;      /*指向列表中下一个列表项*/



  •      struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxPrevious;  /*指向列表中上一个列表项*/



  •      void * pvOwner;                                     /*指向一个任务TCB*/



  •      void * configLIST_VOLATILE pvContainer;             /*指向包含该列表项的列表 */



  •      listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE          /*用于检测列表项数据是否完整*/



  • };



  • typedef struct xLIST_ITEM ListItem_t;



      宏listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE和listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE用于检查列表项数据是否完整,在projdefs.h中,如果将宏configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES设置为1,则使能列表项数据完整性检查,则宏listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE和listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE会被两个已知的数值代替。

      xItemValue是列表项值,通常是一个被跟踪的任务优先级或是一个调度事件的计数器值。如果任务因为等待从队列取数据而进入阻塞状态,则任务的事件列表项的列表项值保存任务优先级有关信息,状态列表项的列表项值保存阻塞时间有关的信息。这个变量被configLIST_VOLATILE修饰,configLIST_VOLATILE被映射成C语言关键字volatile,表明这个变量是“易变的”,告诉编译器不得对这个变量进行代码优化,因为列表项的成员可能会在中断服务程序中被更新。关于volatile关键字,如果不是熟悉的话,可以参考我的博文《编写优质嵌入式C程序》第3.2.4节。

      pxNext和pxPrevious是列表项类型指针,用来指向列表中下一个和上一个列表项,通过这两个指针,列表项之间可以形成类似双向链表结构。

      指针pvOwner通常指向一个任务TCB。

      指针pvContainer指向包含该列表项的列表。

      迷你版的列表项xMINI_LIST_ITEM是全功能版列表项xLIST_ITEM的一个子集,定义如下所示:




  • struct xMINI_LIST_ITEM



  • {



  •      listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE           /*用于检测列表项数据是否完整*/



  •      configLIST_VOLATILE TickType_t xItemValue;



  •      struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxNext;



  •      struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxPrevious;



  • };



  • typedef struct xMINI_LIST_ITEM MiniListItem_t;



         既然有了全功能版的列表项,为什么还要声明迷你版的列表项呢?这是因为列表结构体需要一个列表项成员,但又不需要列表项中的所有字段,所以才有了迷你版列表项。列表结构体定义为:




  • typedef struct xLIST



  • {



  •      listFIRST_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE                        /*用于检测列表项数据是否完整*/



  •      configLIST_VOLATILE UBaseType_t uxNumberOfItems;



  •      ListItem_t * configLIST_VOLATILE pxIndex;                   /*用于遍历列表*/



  •      MiniListItem_t xListEnd;                                    /*列表项*/



  •      listSECOND_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE                       /*用于检测列表项数据是否完整*/



  • }List_t;



      和列表项定义相同,宏listFIRST_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE和listSECOND_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE用于检查列表项数据是否完整,在projdefs.h中,如果将宏configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES设置为1,则使能列表项数据完整性检查,则宏listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE和listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE会被两个已知的数值代替。

      uxNumberOfItems表示该列表中挂接的列表项数目,0表示列表为空。

      列表项类型指针用于遍历列表,列表初始化后,这个指针指向&xListEnd。通过宏listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY()来获取列表中的下一个列表项。

      列表项xListEnd用于标记列表结束。xListEnd.xItemValue被初始化为一个常数,其值与硬件架构相关,为0xFFFF(16位架构)或者0xFFFFFFFF(32位架构)。

      下面我们看一下列表操作。FreeROTS提供了几个API函数,用于初始化列表和列表项以及列表项插入操作。


 楼主 | 2018-9-14 06:56 | 显示全部楼层
1.初始化列表      列表结构体中包含一个列表项成员,主要用于标记列表结束。初始化列表就是把这个列表项插入到列表中。


  • void vListInitialise( List_t * const pxList )



  • {



  •      /*列表索引指向列表项*/



  •      pxList->pxIndex = ( ListItem_t * )&( pxList->xListEnd );                  



  •      /* 设置为最大可能值 */



  •      pxList->xListEnd.xItemValue =portMAX_DELAY;







  •      /* 列表项xListEnd的pxNext和pxPrevious指针指向了它自己 */



  •      pxList->xListEnd.pxNext = (ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd );



  •      pxList->xListEnd.pxPrevious= ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd );



  •      pxList->uxNumberOfItems = ( UBaseType_t) 0U;







  •      /* 设置为已知值,用于检测列表数据是否完整*/



  •      listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_1_VALUE(pxList );



  •      listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_2_VALUE(pxList );



  • }



      如果宏configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES设置为1,则使能列表项数据完整性检查,则宏listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_1_VALUE()和listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_2_VALUE被一个已知值代替,默认为0x5a5a(16位架构)或者0x5a5a5a5a(32位架构)。

      假设禁止列表数据完整性检查,初始化后的列表如图1-2所示,uxNumberOfItems被初始化为0,xListEnd.xItemValue初始化为0xffffffff,pxIndex、xListEnd.pxNext和xListEnd.pxPrevious初始化为指向列表项xListEnd。



图1-2:初始化后的列表


 楼主 | 2018-9-14 06:56 | 显示全部楼层
2.初始化列表项

      列表项的初始比较简单,只要确保列表项不在任何列表中即可。




  • void vListInitialiseItem( ListItem_t * const pxItem )



  • {



  •      pxItem->pvContainer = NULL;







  •      /*设置为已知值,用于检测列表项数据是否完整*/



  •      listSET_FIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE(pxItem );



  •      listSET_SECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE(pxItem );



  • }



      如果宏configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES设置为1,则使能列表项数据完整性检查,则宏listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE和listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE会被两个已知的数值代替,默认为0x5a5a(16位架构)或者0x5a5a5a5a(32位架构)。

      假设禁止列表项数据完整性检查,初始化后的列表项如图1-3所示。仅是将指针pvContainer设置为空指针,该指针用于指向包含该列表项的列表,这里设置为NULL表示这个列表项不属于任何列表。



图1-3:初始化后的列表项


 楼主 | 2018-9-14 06:56 | 显示全部楼层
3.将列表项插入到列表中,列表项所在的位置取决于列表项的列表项值(xItemValue)。

      每个列表项对象都有一个列表项值(xItemValue),通常是一个被跟踪的任务优先级或是一个调度事件的计数器值。调用API函数vListInsert( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem)可以将pxNewListItem指向的列表项插入到pxList指向的列表中,列表项在列表的位置由pxNewListItem->xItemValue决定,按照降序排列。




  • void vListInsert( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem )



  • {



  • ListItem_t *pxIterator;



  • const TickType_t xValueOfInsertion = pxNewListItem->xItemValue;







  •          /* 检查列表和列表项数据的完整性,仅当configASSERT()定义时有效。*/



  •          listTEST_LIST_INTEGRITY( pxList );



  •          listTEST_LIST_ITEM_INTEGRITY(pxNewListItem );







  •          /*将新的列表项插入到列表,根据xItemValue的值降序插入列表。*/



  •          if( xValueOfInsertion == portMAX_DELAY)



  •          {



  •                    pxIterator =pxList->xListEnd.pxPrevious;



  •          }



  •          else



  •          {



  •                    for( pxIterator = (ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd );pxIterator->pxNext->xItemValue <= xValueOfInsertion; pxIterator =pxIterator->pxNext )



  •                    {



  •                             /* 这里为空 */



  •                    }



  •          }







  •          pxNewListItem->pxNext =pxIterator->pxNext;



  •          pxNewListItem->pxNext->pxPrevious= pxNewListItem;



  •          pxNewListItem->pxPrevious =pxIterator;



  •          pxIterator->pxNext = pxNewListItem;







  •          pxNewListItem->pvContainer = ( void* ) pxList;







  •          ( pxList->uxNumberOfItems )++;



  • }



      根据xItemValue的值将新的列表项插入到列表。如果列表中存在与新列表项xItemValue值相同的列表项,则新插入的列表项位于它之后。如果列表项的xItemValue值等于portMAX_DELAY(列表结束标记,我们在讲列表数据结构时,说到每个列表数据结构体中都有一个列表项成员xListEnd,用于标记列表结束。xListEnd.xItemValue被初始化为一个常数,其值与硬件架构相关,为0xFFFF或者0xFFFFFFFF。这个常数在移植层定义,即宏portMAX_DELAY),则表示到达了列表结束位置。

      我们用图示的方法来讲解这个函数,我们假设一个列表项值(xItemValue)为32的列表项插入到如图1-2所示的初始化后的列表中,调用vListInsert()函数后,列表和列表项的关系如图1-4所示。列表项xListItem_1的成员指针pxNext和pxPrevious都指向了xListEnd,而xListEnd的成员指针pxNext和pxPrevious都指向了列表项xListItem_1;列表项xListItem_1的成员指针pvContainer指向了列表xList_1;列表成员uxNumberOfItems为1。



图1-4:将列表项插入到列表

      在此基础上,如果再将一个列表项值(xItemValue)为40的列表项插入到列表中,调用vListInsert()函数后,列表和列表项的关系如图1-5所示。



图1-5:将列表项插入到列表


 楼主 | 2018-9-14 06:57 | 显示全部楼层
4.将列表项插入到列表末端

        第3节讲的API插入函数是根据列表项中的列表项值(xItemValue)来决定插入位置的,本节所讲的API函数vListInsertEnd()是简单的将列表项插入到列表的末端。在下一章任务创建分析的文章中,将会遇到这个API函数,到时再以图标的形式分析这个函数,现在给出这个函数的源码。




  • void vListInsertEnd( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem )



  • {



  • ListItem_t* const pxIndex = pxList->pxIndex;







  •          /*检查列表和列表项数据的完整性,仅当configASSERT()定义时有效。*/



  •          listTEST_LIST_INTEGRITY( pxList );



  •          listTEST_LIST_ITEM_INTEGRITY(pxNewListItem );







  •          /*向列表中插入新的列表项*/



  •          pxNewListItem->pxNext = pxIndex;



  •          pxNewListItem->pxPrevious =pxIndex->pxPrevious;







  •          mtCOVERAGE_TEST_DELAY();







  •          pxIndex->pxPrevious->pxNext =pxNewListItem;



  •          pxIndex->pxPrevious = pxNewListItem;







  •          pxNewListItem->pvContainer = ( void* ) pxList;







  •          ( pxList->uxNumberOfItems )++;



  • }



| 2018-9-14 11:49 | 显示全部楼层
数据结构名字臭长,看的心烦啊。。
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