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[应用相关] FreeRTOS任务创建分析

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 楼主 | 2018-9-14 06:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 晓伍 于 2018-9-14 07:02 编辑

原文地址:https://blog.csdn.net/zhzht19861011/article/details/51303639

  在FreeRTOS基础系列《FreeRTOS系列第10篇---FreeRTOS任务创建和删除》中介绍了任务创建API函数xTaskCreate(),我们这里先回顾一下这个函数的声明:




  •         BaseType_t xTaskCreate(



  •                             TaskFunction_tp vTaskCode,



  •                             const char * constpcName,



  •                             unsigned short usStackDepth,



  •                             void *pvParameters,



  •                             UBaseType_t uxPriority,



  •                             TaskHandle_t *pvCreatedTask



  •                           );



      这个API函数的作用是创建新的任务并将它加入到任务就绪列表,函数参数含义为:


  • pvTaskCode:函数指针,指向任务函数的入口。任务永远不会返回(位于死循环内)。该参数类型TaskFunction_t定义在文件projdefs.h中,定义为:typedef void(*TaskFunction_t)( void * ),即参数为空指针类型并返回空类型。
  • pcName:任务描述。主要用于调试。字符串的最大长度(包括字符串结束字符)由宏configMAX_TASK_NAME_LEN指定,该宏位于FreeRTOSConfig.h文件中。
  • usStackDepth:指定任务堆栈大小,能够支持的堆栈变量数量(堆栈深度),而不是字节数。比如,在16位宽度的堆栈下,usStackDepth定义为100,则实际使用200字节堆栈存储空间。堆栈的宽度乘以深度必须不超过size_t类型所能表示的最大值。比如,size_t为16位,则可以表示堆栈的最大值是65535字节。这是因为堆栈在申请时是以字节为单位的,申请的字节数就是堆栈宽度乘以深度,如果这个乘积超出size_t所表示的范围,就会溢出,分配的堆栈空间也不是我们想要的。
  • pvParameters:指针,当任务创建时,作为一个参数传递给任务。
  • uxPriority:任务的优先级。具有MPU支持的系统,可以通过置位优先级参数的portPRIVILEGE_BIT位,随意的在特权(系统)模式下创建任务。比如,创建一个优先级为2的特权任务,参数uxPriority可以设置为 ( 2 | portPRIVILEGE_BIT )。
  • pvCreatedTask:用于回传一个句柄(ID),创建任务后可以使用这个句柄引用任务。

      虽然xTaskCreate()看上去很像函数,但其实是一个宏,真正被调用的函数是xTaskGenericCreate(),xTaskCreate()宏定义如下所示:




  • #define xTaskCreate( pvTaskCode, pcName, usStackDepth,pvParameters, uxPriority, pxCreatedTask )    \



  •       xTaskGenericCreate( ( pvTaskCode ),( pcName ), ( usStackDepth ), ( pvParameters ), ( uxPriority ), ( pxCreatedTask), ( NULL ), ( NULL ), ( NULL ) )



      可以看到,xTaskCreate比xTaskGenericCreate少了三个参数,在宏定义中,这三个参数被设置为NULL。这三个参数用于使用静态变量的方法分配堆栈、任务TCB空间以及设置MPU相关的参数。一般情况下,这三个参数是不使用的,所以任务创建宏xTaskCreate定义的时候,将这三个参数对用户隐藏了。接下来的章节中,为了方便,我们还是称xTaskCreate()为函数,虽然它是一个宏定义。

      上面我们提到了任务TCB(任务控制块),这是一个需要重点介绍的关键点。它用于存储任务的状态信息,包括任务运行时的环境。每个任务都有自己的任务TCB。任务TCB是一个相对比较大的数据结构,这也是情理之中的,因为与任务相关的代码占到整个FreeRTOS代码量的一半左右,这些代码大都与任务TCB相关,我们先来介绍一下任务TCB数据结构的定义:




  • typedef struct tskTaskControlBlock



  • {



  •     volatile StackType_t    *pxTopOfStack; /*当前堆栈的栈顶,必须位于结构体的第一项*/







  •     #if ( portUSING_MPU_WRAPPERS == 1 )



  •         xMPU_SETTINGS   xMPUSettings;      /*MPU设置,必须位于结构体的第二项*/



  •     #endif







  •     ListItem_t          xStateListItem; /*任务的状态列表项,以引用的方式表示任务的状态*/



  •     ListItem_t          xEventListItem;    /*事件列表项,用于将任务以引用的方式挂接到事件列表*/



  •     UBaseType_t         uxPriority;        /*保存任务优先级,0表示最低优先级*/



  •     StackType_t         *pxStack;           /*指向堆栈的起始位置*/



  •     char               pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ];/*任务名字*/







  •     #if ( portSTACK_GROWTH > 0 )



  •         StackType_t     *pxEndOfStack;     /*指向堆栈的尾部*/



  •     #endif







  •     #if ( portCRITICAL_NESTING_IN_TCB == 1 )



  •         UBaseType_t     uxCriticalNesting; /*保存临界区嵌套深度*/



  •     #endif







  •     #if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )



  •         UBaseType_t     uxTCBNumber;       /*保存一个数值,每个任务都有唯一的值*/



  •         UBaseType_t     uxTaskNumber;      /*存储一个特定数值*/



  •     #endif







  •     #if ( configUSE_MUTEXES == 1 )



  •         UBaseType_t     uxBasePriority;    /*保存任务的基础优先级*/



  •         UBaseType_t     uxMutexesHeld;



  •     #endif







  •     #if ( configUSE_APPLICATION_TASK_TAG == 1 )



  •         TaskHookFunction_t pxTaskTag;



  •     #endif







  •     #if( configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS > 0 )



  •         void *pvThreadLocalStoragePointers[configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS ];



  •     #endif







  •     #if( configGENERATE_RUN_TIME_STATS == 1 )



  •         uint32_t        ulRunTimeCounter;  /*记录任务在运行状态下执行的总时间*/



  •     #endif







  •     #if ( configUSE_NEWLIB_REENTRANT == 1 )



  •         /* 为任务分配一个Newlibreent结构体变量。Newlib是一个C库函数,并非FreeRTOS维护,FreeRTOS也不对使用结果负责。如果用户使用Newlib,必须熟知Newlib的细节*/



  •         struct _reent xNewLib_reent;



  •     #endif







  •     #if( configUSE_TASK_NOTIFICATIONS == 1 )



  •         volatile uint32_t ulNotifiedValue; /*与任务通知相关*/



  •         volatile uint8_t ucNotifyState;



  •     #endif







  •     #if( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 )



  •         uint8_t ucStaticAllocationFlags; /* 如果堆栈由静态数组分配,则设置为pdTRUE,如果堆栈是动态分配的,则设置为pdFALSE*/



  •     #endif







  •     #if( INCLUDE_xTaskAbortDelay == 1 )



  •         uint8_t ucDelayAborted;



  •     #endif







  • } tskTCB;







  • typedef tskTCB TCB_t;



      下面我们详细的介绍这个数据结构的主要成员:

      指针pxTopOfStack必须位于结构体的第一项,指向当前堆栈的栈顶,对于向下增长的堆栈,pxTopOfStack总是指向最后一个入栈的项目。

      如果使用MPU,xMPUSettings必须位于结构体的第二项,用于MPU设置。

      接下来是状态列表项xStateListItem和事件列表项xEventListItem,我们在上一章介绍列表和列表项的文章中提到过: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。调度器就是通过把任务TCB中的状态列表项xStateListItem和事件列表项xEventListItem挂接到不同的列表中来实现上述过程的。在task.c中,定义了一些静态列表变量,其中有就绪、阻塞、挂起列表,例如当某个任务处于就绪态时,调度器就将这个任务TCB的xStateListItem列表项挂接到就绪列表。事件列表项也与之类似,当队列满的情况下,任务因入队操作而阻塞时,就会将事件列表项挂接到队列的等待入队列表上。

      uxPriority用于保存任务的优先级,0为最低优先级。任务创建时,指定的任务优先级就被保存到该变量中。

      指针pxStack指向堆栈的起始位置,任务创建时会分配指定数目的任务堆栈,申请堆栈内存函数返回的指针就被赋给该变量。很多刚接触FreeRTOS的人会分不清指针pxTopOfStack和pxStack的区别,这里简单说一下:pxTopOfStack指向当前堆栈栈顶,随着进栈出栈,pxTopOfStack指向的位置是会变化的;pxStack指向当前堆栈的起始位置,一经分配后,堆栈起始位置就固定了,不会被改变了。那么为什么需要pxStack变量呢,这是因为随着任务的运行,堆栈可能会溢出,在堆栈向下增长的系统中,这个变量可用于检查堆栈是否溢出;如果在堆栈向上增长的系统中,要想确定堆栈是否溢出,还需要另外一个变量pxEndOfStack来辅助诊断是否堆栈溢出,后面会讲到这个变量。

      字符数组pcTaskName用于保存任务的描述或名字,在任务创建时,由参数指定。名字的长度由宏configMAX_TASK_NAME_LEN(位于FreeRTOSConfig.h中)指定,包含字符串结束标志。

      如果堆栈向上生长(portSTACK_GROWTH > 0),指针pxEndOfStack指向堆栈尾部,用于检验堆栈是否溢出。

      变量uxCriticalNesting用于保存临界区嵌套深度,初始值为0。

      接下来两个变量用于可视化追踪,仅当宏configUSE_TRACE_FACILITY(位于FreeRTOSConfig.h中)为1时有效。变量uxTCBNumber存储一个数值,在创建任务时由内核自动分配数值(通常每创建一个任务,值增加1),每个任务的uxTCBNumber值都不同,主要用于调试。变量uxTaskNumber用于存储一个特定值,与变量uxTCBNumber不同,uxTaskNumber的数值不是由内核分配的,而是通过API函数vTaskSetTaskNumber()来设置的,数值由函数参数指定。

      如果使用互斥量(configUSE_MUTEXES == 1),任务优先级被临时提高时,变量uxBasePriority用来保存任务原来的优先级。

      变量ucStaticAllocationFlags也需要说明一下,我们前面说过任务创建API函数xTaskCreate()只能使用动态内存分配的方式创建任务堆栈和任务TCB,如果要使用静态变量实现任务堆栈和任务TCB就需要使用函数xTaskGenericCreate()来实现。如果任务堆栈或任务TCB由静态数组和静态变量实现,则将该变量设置为pdTRUE(任务堆栈空间由静态数组变量实现时为0x01,任务TCB由静态变量实现时为0x02,任务堆栈和任务TCB都由静态变量实现时为0x03),如果堆栈是动态分配的,则将该变量设置为pdFALSE。

      到这里任务TCB的数据结构就讲完了,下面我们用一个例子来讲述任务创建的过程,为方便起见,假设被创建的任务叫“任务A”,任务函数为vTask_A():




  •     TaskHandle_t xHandle;



  •     xTaskCreate(vTask_A,”Task A”,120,NULL,1,&xHandle);



      这里创建了一个任务,任务优先级为1,由于硬件平台是32为架构,所以指定了120*4=480字节的任务堆栈,向任务函数vTask_A()传递的参数为空(NULL),任务句柄由变量xHandle保存。当这个语句执行后,任务A被创建并加入就绪任务列表,我们这章的主要目的,就是看看这个语句在执行过程中,发生了什么事情。


 楼主 | 2018-9-14 06:58 | 显示全部楼层
1.创建任务堆栈和任务TCB

      调用函数prvAllocateTCBAndStack()创建任务堆栈和任务TCB。有两种方式创建任务堆栈和任务TCB,一种是使用动态内存分配方法,这样当任务删除时,任务堆栈和任务控制块空间会被释放,可用于其它任务;另一种是使用静态变量来实现,在创建任务前定义好全局或者静态堆栈数组和任务控制块变量,在调用创建任务API函数时,将这两个变量以参数的形式传递给任务创建函数xTaskGenericCreate()。如果使用默认的xTaskCreate()创建任务函数,则使用动态内存分配,因为与静态内存分配有关的参数不可见(在本文一开始我们说过xTaskCreate()其实是一个带参数的宏定义,真正被执行的函数是xTaskGenericCreate(),参考宏xTaskCreate()的定义可以知道,xTaskCreate()对外隐藏了使用静态内存分配的参数,在调用xTaskGenericCreate()时,这些参数被设置为NULL)。

      任务堆栈成功分配后,经过对齐的堆栈起始地址被保存到任务TCB的pxStack字段。如果使能堆栈溢出检查或者使用可视化追踪功能,则使用固定值tskSTACK_FILL_BYTE(0xa5)填充堆栈。

      函数prvAllocateTCBAndStack()的源码去除断言和不常用的条件编译后如下所示:




  • static TCB_t *prvAllocateTCBAndStack( const uint16_t usStackDepth, StackType_t * const puxStackBuffer, TCB_t * const pxTaskBuffer )



  • {



  • TCB_t *pxNewTCB;



  • StackType_t *pxStack;







  •     /* 分配堆栈空间*/



  •     pxStack = ( StackType_t * ) pvPortMallocAligned( ( ( ( size_t ) usStackDepth ) * sizeof( StackType_t ) ), puxStackBuffer );



  •     if( pxStack != NULL )



  •     {



  •         /* 分配TCB空间 */



  •         pxNewTCB = ( TCB_t * ) pvPortMallocAligned( sizeof( TCB_t ), pxTaskBuffer );







  •         if( pxNewTCB != NULL )



  •         {



  •             /* 将堆栈起始位置存入TCB*/



  •             pxNewTCB->pxStack = pxStack;



  •         }



  •         else



  •         {



  •             /* 如果TCB分配失败,释放之前申请的堆栈空间 */



  •             if( puxStackBuffer == NULL )



  •             {



  •                 vPortFree( pxStack );



  •             }



  •         }



  •     }



  •     else



  •     {



  •         pxNewTCB = NULL;



  •     }







  •     if( pxNewTCB != NULL )



  •     {



  •         /* 如果需要,使用固定值填充堆栈 */



  •         #if( ( configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW> 1 ) || ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 ) || ( INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark== 1 ) )



  •         {



  •             /* 仅用于调试 */



  •             ( void ) memset( pxNewTCB->pxStack, ( int ) tskSTACK_FILL_BYTE, ( size_t ) usStackDepth * sizeof( StackType_t ) );



  •         }



  •         #endif



  •     }







  •     return pxNewTCB;



  • }



 楼主 | 2018-9-14 06:59 | 显示全部楼层
2.初始化任务TCB必要的字段

      调用函数prvInitialiseTCBVariables()初始化任务TCB必要的字段。在调用创建任务API函数xTaskCreate()时,参数pcName(任务描述)、uxPriority(任务优先级)都会被写入任务TCB相应的字段,TCB字段中的xStateListItem和xEventListItem列表项也会被初始化,初始化后的列表项如图2-1所示。在图2-1中,列表项xEventListItem的成员列表项值xItemValue被初始为4,这是因为我在应用中设置的最大优先级数目(configMAX_PRIORITIES)为5,而xEventListItem. xItemValue等于configMAX_PRIORITIES减去任务A的优先级(为1),即5-1=4。这一点很重要,在这里xItemValue不是直接保存任务优先级,而是保存优先级的补数,这意味着xItemValue的值越大,对应的任务优先级越小。FreeRTOS内核使用vListInsert函数(详细见高级篇第一章)将事件列表项插入到一个列表,这个函数根据xItemValue的值的大小顺序来进行插入操作。使用宏listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY获得列表中的第一个列表项的xTiemValue值总是最小,也就是优先级最高的任务!



图2-1:初始化状态和事件列表项

      此外,TCB其它的一些字段也被初始化,比如临界区嵌套次数、运行时间计数器、任务通知值、任务通知状态等,函数prvInitialiseTCBVariables()的源码如下所示:




  • static void prvInitialiseTCBVariables( TCB_t * const pxTCB, const char * const pcName, UBaseType_t uxPriority,   \



  •                               const MemoryRegion_t * const xRegions, const uint16_t usStackDepth )



  • {



  • UBaseType_t x;







  •     /* 将任务描述存入TCB */



  •     for( x = ( UBaseType_t ) 0; x < ( UBaseType_t ) configMAX_TASK_NAME_LEN; x++ )



  •     {



  •         pxTCB->pcTaskName[ x ] = pcName[ x ];



  •         if( pcName[ x ] == 0x00 )



  •         {



  •             break;



  •         }



  •     }



  •     /* 确保字符串有结束 */



  •     pxTCB->pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN - 1 ] = '\0';







  •     /* 调整优先级,宏configMAX_PRIORITIES的值在FreeRTOSConfig.h中设置 */



  •     if( uxPriority >= ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES )



  •     {



  •         uxPriority = ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES - ( UBaseType_t ) 1U;



  •     }







  •     pxTCB->uxPriority = uxPriority;



  •     #if ( configUSE_MUTEXES == 1 )              /*使用互斥量*/



  •     {  



  •         pxTCB->uxBasePriority = uxPriority;



  •         pxTCB->uxMutexesHeld = 0;



  •     }



  •     #endif /* configUSE_MUTEXES */







  •     /*初始化列表项*/



  •     vListInitialiseItem( &( pxTCB->xStateListItem ) );



  •     vListInitialiseItem( &( pxTCB->xEventListItem ) );







  •     /* 设置列表项xStateListItem的成员pvOwner指向当前任务控制块 */



  •     listSET_LIST_ITEM_OWNER( &( pxTCB->xStateListItem ), pxTCB );







  •     /* 设置列表项xEventListItem的成员xItemValue*/



  •     listSET_LIST_ITEM_VALUE( &( pxTCB->xEventListItem ), ( TickType_t ) configMAX_PRIORITIES - ( TickType_t ) uxPriority );



  •     /* 设置列表项xEventListItem的成员pvOwner指向当前任务控制块 */



  •     listSET_LIST_ITEM_OWNER( &( pxTCB->xEventListItem ), pxTCB );







  •     #if ( portCRITICAL_NESTING_IN_TCB ==1 )    /*使能临界区嵌套功能*/



  •     {  



  •         pxTCB->uxCriticalNesting = ( UBaseType_t ) 0U;



  •     }



  •     #endif /* portCRITICAL_NESTING_IN_TCB */







  •     #if ( configUSE_APPLICATION_TASK_TAG == 1 ) /*使能任务标签功能*/



  •     {  



  •         pxTCB->pxTaskTag = NULL;



  •     }



  •     #endif /* configUSE_APPLICATION_TASK_TAG */







  •     #if ( configGENERATE_RUN_TIME_STATS == 1 )  /*使能事件统计功能*/



  •     {



  •         pxTCB->ulRunTimeCounter = 0UL;



  •     }



  •     #endif /* configGENERATE_RUN_TIME_STATS */







  •     #if ( portUSING_MPU_WRAPPERS == 1 )         /*使用MPU功能*/



  •     {



  •         vPortStoreTaskMPUSettings( &( pxTCB->xMPUSettings ), xRegions, pxTCB->pxStack, usStackDepth );



  •     }



  •     #else /* portUSING_MPU_WRAPPERS */



  •     {



  •         ( void ) xRegions;



  •         ( void ) usStackDepth;



  •     }



  •     #endif /* portUSING_MPU_WRAPPERS */







  •     #if( configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS != 0 )/*使能线程本地存储指针*/



  •     {



  •         for( x = 0; x < ( UBaseType_t )configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS; x++ )



  •         {



  •             pxTCB->pvThreadLocalStoragePointers[ x ] = NULL;



  •         }



  •     }



  •     #endif







  •     #if ( configUSE_TASK_NOTIFICATIONS == 1 )   /*使能任务通知功能*/



  •     {



  •         pxTCB->ulNotifiedValue = 0;



  •         pxTCB->ucNotifyState = taskNOT_WAITING_NOTIFICATION;



  •     }



  •     #endif







  •     #if ( configUSE_NEWLIB_REENTRANT == 1 )     /*使用Newlib*/



  •     {



  •         _REENT_INIT_PTR( ( &( pxTCB->xNewLib_reent ) ) );



  •     }



  •     #endif







  •     #if( INCLUDE_xTaskAbortDelay == 1 )



  •     {



  •         pxTCB->ucDelayAborted = pdFALSE;



  •     }



  •     #endif



  • }



 楼主 | 2018-9-14 06:59 | 显示全部楼层
3.初始化任务堆栈

      调用函数pxPortInitialiseStack()初始化任务堆栈,并将最新的栈顶指针赋值给任务TCB的pxTopOfStack字段。

      调用函数pxPortInitialiseStack()后,相当于执行了一次系统节拍时钟中断:将一些重要寄存器入栈。虽然任务还没开始执行,也并没有中断发生,但看上去就像寄存器已经被入栈了,并且部分堆栈值被修改成了我们需要的已知值。对于不同的硬件架构,入栈的寄存器也不相同,所以我们看到这个函数是由移植层提供的。对于Cortex-M3架构,需要依次入栈xPSR、PC、LR、R12、R3~R0、R11~R4,假设堆栈是向下生长的,初始化后的堆栈如图3-1所示。

      在图3-1中我们看到寄存器xPSR被初始为0x01000000,其中bit24被置1,表示使用Thumb指令;寄存器PC被初始化为任务函数指针vTask_A,这样当某次任务切换后,任务A获得CPU控制权,任务函数vTask_A被出栈到PC寄存器,之后会执行任务A的代码;LR寄存器初始化为函数指针prvTaskExitError,这是由移植层提供的一个出错处理函数。当中断发生时,LR被设置成中断要返回的地址,但是每个任务都是一个死循环,正常情况下不应该退出任务函数,所以一旦从任务函数退出,说明那里出错了,这个时候会调用寄存器LR指向的函数来处理这个错误,即prvTaskExitError;根据ATPCS(ARM-Thumb过程调用标准),我们知道子函数调用通过寄存器R0~R3传递参数,在文章的最开始讲xTaskCreate()函数时,提到这个函数有一个空指针类型的参数pvParameters,当任务创建时,它作为一个参数传递给任务,所以这个参数被保存到R0中,用来向任务传递参数。

      任务TCB结构体成员pxTopOfStack表示当前堆栈的栈顶,它指向最后一个入栈的项目,所以在图中它指向R4,TCB结构体另外一个成员pxStack表示堆栈的起始位置,所以在图中它指向堆栈的最开始处。



图3-1:初始化任务堆栈


 楼主 | 2018-9-14 06:59 | 显示全部楼层
4.进入临界区

      调用taskENTER_CRITICAL()进入临界区,这是一个宏定义,最终进入临界区的代码由移植层提供。


 楼主 | 2018-9-14 07:00 | 显示全部楼层
5.当前任务数量增加1

      在tasks.c中 ,定义了一些静态私有变量,用来跟踪任务的数量或者状态等等,其中变量uxCurrentNumberOfTasks表示当前任务的总数量,每创建一个任务,这个变量都会增加1。


 楼主 | 2018-9-14 07:02 | 显示全部楼层
6.为第一次运行做必要的初始化

      如果这是第一个任务(uxCurrentNumberOfTasks等于1),则调用函数prvInitialiseTaskLists()初始化任务列表。FreeRTOS使用列表来跟踪任务,在tasks.c中,定义了静态类型的列表变量:




  • PRIVILEGED_DATAstatic List_t pxReadyTasksLists[ configMAX_PRIORITIES ];/*按照优先级排序的就绪态任务*/



  • PRIVILEGED_DATAstatic List_t xDelayedTaskList1;                        /*延时的任务 */



  • PRIVILEGED_DATAstatic List_t xDelayedTaskList2;                        /*延时的任务 */



  • PRIVILEGED_DATAstatic List_t xPendingReadyList;                        /*任务已就绪,但调度器被挂起 */







  • #if (INCLUDE_vTaskDelete == 1 )



  •     PRIVILEGED_DATA static List_t xTasksWaitingTermination;             /*任务已经被删除,但内存尚未释放*/



  • #endif







  • #if (INCLUDE_vTaskSuspend == 1 )



  •     PRIVILEGED_DATA static List_t xSuspendedTaskList;                   /*当前挂起的任务*/



  • #endif



      现在这些列表都要进行初始化,会调用API函数vListInitialise()初始化列表,这个函数在《FreeRTOS高级篇1---FreeRTOS列表和列表项》中讲过,每个列表的初始化方式都是相同的,以就绪态列表pxReadyTasksLists[0]为例,初始化后如图6-1所示:



图6-1:初始化后的列表

      函数prvInitialiseTaskLists()的源代码如下所示:




  • static void prvInitialiseTaskLists( void )



  • {



  • UBaseType_tuxPriority;







  •     for( uxPriority = ( UBaseType_t ) 0U; uxPriority < ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES; uxPriority++ )



  •     {



  •         vListInitialise( &( pxReadyTasksLists[ uxPriority ] ) );



  •     }







  •     vListInitialise( &xDelayedTaskList1 );



  •     vListInitialise( &xDelayedTaskList2 );



  •     vListInitialise( &xPendingReadyList );







  •     #if ( INCLUDE_vTaskDelete == 1 )



  •     {



  •         vListInitialise( &xTasksWaitingTermination );



  •     }



  •     #endif /* INCLUDE_vTaskDelete */







  •     #if ( INCLUDE_vTaskSuspend == 1 )



  •     {



  •         vListInitialise( &xSuspendedTaskList );



  •     }



  •     #endif /* INCLUDE_vTaskSuspend */







  •     /* Start with pxDelayedTaskList using list1 and the pxOverflowDelayedTaskListusing list2. */



  •     pxDelayedTaskList = &xDelayedTaskList1;



  •     pxOverflowDelayedTaskList = &xDelayedTaskList2;



  • }



 楼主 | 2018-9-14 07:03 | 显示全部楼层
7.更新当前正在运行的任务TCB指针

      tasks.c中定义了一个任务TCB指针型变量:

      PRIVILEGED_DATA TCB_t * volatile pxCurrentTCB= NULL;

      这是一个全局变量,在tasks.c中只定义了这一个全局变量。这个变量用来指向当前正在运行的任务TCB,我们需要多了解一下这个变量。FreeRTOS的核心是确保处于优先级最高的就绪任务获得CPU运行权。在下一章讲述任务切换时会知道,任务切换就是找到优先级最高的就绪任务,而找出的这个最高优先级任务的TCB,就被赋给变量pxCurrentTCB。

      如果调度器还没有准备好(程序刚开始运行时,可能会先创建几个任务,之后才会启动调度器),并且新创建的任务优先级大于变量pxCurrentTCB指向的任务优先级,则设置pxCurrentTCB指向当前新创建的任务TCB(确保pxCurrentTCB指向优先级最高的就绪任务)。




  • if( xSchedulerRunning == pdFALSE )



  • {



  •     if( pxCurrentTCB->uxPriority <= uxPriority )



  •     {



  •         pxCurrentTCB = pxNewTCB;



  •     }



  •     else



  •     {



  •         mtCOVERAGE_TEST_MARKER();



  •     }



  • }


 楼主 | 2018-9-14 07:03 | 显示全部楼层
8.将新创建的任务加入就绪列表数组

      调用prvAddTaskToReadyList(pxNewTCB)将创建的任务TCB加入到就绪列表数组中,任务的优先级确定了加入到就绪列表数组的哪个下标。比如我们新创建的任务优先级为1,则这个任务被加入到列表pxReadyTasksLists[1]中。

       prvAddTaskToReadyList()其实是一个宏,由一系列语句组成,去除其中的跟踪宏外,这个宏定义如下所示:




  • #defineprvAddTaskToReadyList( pxTCB )                        \



  •     taskRECORD_READY_PRIORITY( ( pxTCB)->uxPriority );       \



  •     vListInsertEnd( &( pxReadyTasksLists[ (pxTCB )->uxPriority ] ), &( ( pxTCB )->xStateListItem ) );



      宏taskRECORD_READY_PRIORITY()用来更新变量uxTopReadyPriority,这个变量在tasks.c中定义为静态变量,记录处于就绪态的最高任务优先级。这个变量参与了FreeRTOS的最核心代码:确保处于优先级最高的就绪任务获得CPU运行权。它在这里参与如何最快的找到优先级最高的就绪任务。为了最快,不同的架构会各显神通,一些架构还有特殊指令可用,所以这个宏由移植层提供。我们会在下一章介绍任务切换时,以Cortex-M3架构为例,详细介绍如何最快的找到优先级最高的就绪任务。

      函数vListInsertEnd()将列表项插入到列表末端,在《FreeRTOS高级篇1---FreeRTOS列表和列表项》中已经提到过,这里会结合着例子再看一下这个函数。从前面我们直到,在调用函数vListInsertEnd()之前,就绪列表pxReadyTasksLists[1]和任务TCB的状态列表项xStateListItem都已经初始化好了,见图6-1和图2-1,为了方便查看,我们将这两幅图合成一副,见图8-1。



图8-1:初始化后的列表和列表项

         调用vListInsertEnd(a,b)会将列表项b,插入到列表a的后面,函数执行完毕后,列表和列表项的关系如图8-2所示。



图8-2:插入一个列表项后的列表

      在此基础上,假设又创建了任务B,任务A和任务B优先级相同,都为1。和任务A一样,任务B也有它自己的任务TCB,其中的状态列表项字段xStateListItem也要插入到列表pxReadyTasksLists[1]中,新的列表和列表项如图8-3所示。



图8-3:相同优先级就绪列表挂接两个列表项


 楼主 | 2018-9-14 07:03 | 显示全部楼层
9.退出临界区

      调用taskEXIT_CRITICAL()退出临界区,这是一个宏定义,最终退出临界区的代码由移植层提供。


 楼主 | 2018-9-14 07:04 | 显示全部楼层
10.执行上下文切换

    如果上面的步骤都正确执行,并且调度器也开始工作,则判断当前任务的优先级是否大于新创建的任务优先级。如果新创建的任务优先级更高,则调用taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION()强制进行一次上下文切换,切换后,新创建的任务将获得CPU控制权,精简后的代码如下所示。



  • if( xReturn == pdPASS )



  •     {



  •         if( xSchedulerRunning != pdFALSE )



  •         {



  •             /* 如果新创建的任务优先级大于当前任务优先级,则新创建的任务应该被立即执行。*/



  •             if(pxCurrentTCB->uxPriority < uxPriority )



  •             {



  •                 taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION();



  •             }



  •         }



  •     }



| 2018-9-14 11:49 | 显示全部楼层
能不用RTOS的,我还是选择裸跑。
| 2018-9-14 13:48 | 显示全部楼层
这个必须学啊,貌似都一样。
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