FreeRTOS列表&列表项的源码详细解读
本帖最后由 caijie001 于 2018-6-12 13:53 编辑超级详细源码解读！！！如果看不懂可以来打我，，，打了我还看不懂的可以滚去学习数据结构了！！！！
需要可以先看看我以前的连载：
【连载】从单片机到操作系统④——FreeRTOS创建任务&开启...
https://bbs.21ic.com/icview-2515196-1-1.html?fromuser=caijie001
(出处: 21ic电子技术论坛)
【连载】从单片机到操作系统③——走进FreeRTOS
https://bbs.21ic.com/icview-2509974-1-1.html?fromuser=caijie001
(出处: 21ic电子技术论坛)
原文链接：【连载】从单片机到操作系统⑤——FreeRTOS列表&列表项的源码解读
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FreeRTOS列表&列表项的源码解读
第一次看列表与列表项的时候，感觉很像是链表，虽然我自己的链表也不太会，但是就是感觉很像。 在FreeRTOS中，列表与列表项使用得非常多，是FreeRTOS的一个数据结构，学习过数据结构的同学都知道，数据结构能使我们处理数据更加方便快速，能快速找到数据，在FreeRTOS中，这种列表与列表项更是必不可少的，能让我们的系统跑起来更加流畅迅速。
言归正传，FreeRTOS中使用了大量的列表（List）与列表项（Listitem），在FreeRTOS调度器中，就是用到这些来跟着任务，了解任务的状态，处于挂起、阻塞态、还是就绪态亦或者是运行态。这些信息都会在各自任务的列表中得到。看任务控制块（tskTaskControlBlock）中的两个列表项： ListItem_t xStateListItem; /*< The list that the state list item of a task is reference from denotes the state of that task (Ready, Blocked, Suspended ). */
ListItem_t xEventListItem; /*< Used to reference a task from an event list. */
一个是状态的列表项，一个是事件列表项。他们在创建任务就会被初始化，列表项的初始化是根据实际需要来初始化的，下面会说。**** Hidden Message *****
本帖最后由 caijie001 于 2018-6-12 12:32 编辑
FreeRTOS列表&列表项的结构体 既然知道列表与列表项的重要性，那么我们来解读FreeRTOS中的list.c与list.h的源码吧。从头文件lsit.h开始，看到定义了一些结构体：struct xLIST_ITEM
{
listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE / * <如果configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES设置为1，则设置为已知值。* /
configLIST_VOLATILE TickType_t xItemValue; / * <正在列出的值。在大多数情况下，这用于按降序对列表进行排序。 * /
struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxNext; / * <指向列表中下一个ListItem_t的指针。 * /
struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxPrevious; / * <指向列表中前一个ListItem_t的指针。 * /
void * pvOwner; / * <指向包含列表项目的对象（通常是TCB）的指针。因此，包含列表项目的对象与列表项目本身之间存在双向链接。 * /
void * configLIST_VOLATILE pvContainer; / * <指向此列表项目所在列表的指针（如果有）。 * /
listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE / * <如果configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES设置为1，则设置为已知值。* /
};
typedef struct xLIST_ITEM ListItem_t;
列表项结构体的一些注意的地方： xItemValue 用于列表项的排序，类似1—2—3—4 pxNext 指向下一个列表项的指针 pxPrevious 指向上（前）一个列表项的指针这两个指针实现了类似双向链表的功能 pvOwner 指向包含列表项目的对象（通常是任务控制块TCB）的指针。因此，包含列表项目的对象与列表项目本身之间存在双向链接。 pvContainer 记录了该列表项属于哪个列表，说白点就是这个儿子是谁生的。。。
同时定义了一个MINI的列表项的结构体，MINI列表项是删减版的列表项，因为很多时候不需要完全版的列表项。就不用浪费那么多内存空间了，这或许就是FreeRTOS是轻量级操作系统的原因吧，能省一点是一点。MINI列表项：struct xMINI_LIST_ITEM
{
listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE /*< Set to a known value if configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES is set to 1. */
configLIST_VOLATILE TickType_t xItemValue;
struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxNext;
struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxPrevious;
};
typedef struct xMINI_LIST_ITEM MiniListItem_t;再定义了一个列表的结构体，可能看到这里，一些同学已经蒙了，列表与列表项是啥关系啊，按照杰杰的理解，是类似父子关系的，一个列表中，包含多个列表项，就像一个父亲，生了好多孩子，而列表就是父亲，列表项就是孩子。typedef struct xLIST
{
listFIRST_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE / * <如果configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES设置为1，则设置为已知值。* /
configLIST_VOLATILE UBaseType_t uxNumberOfItems;
ListItem_t * configLIST_VOLATILE pxIndex; / * <用于遍历列表。 指向由listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY（）调用返回的后一个列表项。*/
MiniListItem_t xListEnd; / * <List item包含最大可能的项目值，这意味着它始终在列表的末尾，因此用作标记。*/
listSECOND_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE / * <如果configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES设置为1，则设置为已知值。* /
} List_t;
列表的结构体中值得注意的是： uxNumberOfItems 是用来记录列表中列表项的数量的，就是记录父亲有多少个儿子，当然女儿也行~。 pxIndex 是索引编号，用来遍历列表的，调用宏listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY（）之后索引就会指向返回当前列表项的下一个列表项。 xListEnd 指向的是最后一个列表项，并且这个列表项是MiniListItem属性的，是一个迷你列表项。
本帖最后由 caijie001 于 2018-6-12 13:04 编辑
列表的初始化函数：void vListInitialise( List_t * const pxList )
{
pxList->pxIndex = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd ); /*lint The mini list structure is used as the list end to save RAM.This is checked and valid. */
pxList->xListEnd.xItemValue = portMAX_DELAY;
pxList->xListEnd.pxNext = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd ); /*lint The mini list structure is used as the list end to save RAM.This is checked and valid. */
pxList->xListEnd.pxPrevious = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd );/*lint The mini list structure is used as the list end to save RAM.This is checked and valid. */
pxList->uxNumberOfItems = ( UBaseType_t ) 0U;
listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_1_VALUE( pxList );
listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_2_VALUE( pxList );
}
将列表的索引指向列表中的xListEnd，也就是末尾的列表项（迷你列表项） 列表项的xItemValue数值为portMAX_DELAY，也就是0xffffffffUL，如果在16位处理器中则为0xffff。 列表项的pxNext与pxPrevious这两个指针都指向自己本身xListEnd。 初始化完成的时候列表项的数目为0个。因为还没添加列表项嘛~。列表项的初始化 函数：void vListInitialiseItem( ListItem_t * const pxItem )
{
/* Make sure the list item is not recorded as being on a list. */
pxItem->pvContainer = NULL;
/* Write known values into the list item if
configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES is set to 1. */
listSET_FIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE( pxItem );
listSET_SECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE( pxItem );
}
只需要让列表项的pvContainer指针指向NULL即可，这样子就使得列表项不属于任何一个列表，因为列表项的初始化是要根据实际的情况来进行初始化的。例如任务创建时用到的一些列表项初始化：pxNewTCB->pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN - 1 ] = '\0';
pxNewTCB->uxPriority = uxPriority;
#if ( configUSE_MUTEXES == 1 )
{
pxNewTCB->uxBasePriority = uxPriority;
pxNewTCB->uxMutexesHeld = 0;
}
#endif /* configUSE_MUTEXES */
vListInitialiseItem( &( pxNewTCB->xStateListItem ) );
vListInitialiseItem( &( pxNewTCB->xEventListItem ) );
又或者是在定时器相关的初始化中：pxNewTimer->pcTimerName = pcTimerName;
pxNewTimer->xTimerPeriodInTicks = xTimerPeriodInTicks;
pxNewTimer->uxAutoReload = uxAutoReload;
pxNewTimer->pvTimerID = pvTimerID;
pxNewTimer->pxCallbackFunction = pxCallbackFunction;
vListInitialiseItem( &( pxNewTimer->xTimerListItem ) );
本帖最后由 caijie001 于 2018-6-12 13:07 编辑
列表项的末尾插入函数：void vListInsertEnd( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem )
{
ListItem_t * const pxIndex = pxList->pxIndex;
listTEST_LIST_INTEGRITY( pxList );
listTEST_LIST_ITEM_INTEGRITY( pxNewListItem );
listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY(). */
pxNewListItem->pxNext = pxIndex; //1
pxNewListItem->pxPrevious = pxIndex->pxPrevious; //2
/* Only used during decision coverage testing. */
mtCOVERAGE_TEST_DELAY();
pxIndex->pxPrevious->pxNext = pxNewListItem; //3
pxIndex->pxPrevious = pxNewListItem; //4
/* Remember which list the item is in. */
pxNewListItem->pvContainer = ( void * ) pxList;
( pxList->uxNumberOfItems )++;
}
pxList：列表项要插入的列表。 pxNewListItem：要插入的列表项是什么。 从末尾插入，那就要先知道哪里是头咯，我们在列表中的成员pxIndex就是用来遍历列表项的啊，那它指向的地方就是列表项的头，那么既然FreeRTOS中的列表很像数据结构中的双向链表，那么，我们可以把它看成一个环，是首尾相连的，那么函数中说的末尾，就是列表项头的前一个，很显然其结构图应该是下图这样子的（初始化结束后pxIndex指向了xListEnd）：
为什么是这样子的呢，一句句代码来解释：一开始：pxNewListItem->pxNext = pxIndex; //1新列表项的下一个指向为索引列表项，也就是绿色的箭头。pxNewListItem->pxPrevious = pxIndex->pxPrevious; //2刚开始我们初始化完成的时候pxIndex->pxPrevious的指向为自己xListEnd，那么xNewListItem->pxPrevious的指向为xListEnd。如2紫色的箭头。pxIndex->pxPrevious->pxNext = pxNewListItem; //3索引列表项（xListEnd）的上一个列表项还是自己，那么自己的下一个列表项指向就是指向了pxNewListItem。pxIndex->pxPrevious = pxNewListItem; //4这句就很容易理解啦。如图的4橙色的箭头。插入完毕的时候标记一下新的列表项插入了哪个列表，并且将uxNumberOfItems进行加一，以表示多了一个列表项。为什么源码要这样子写呢？因为这只是两个列表项，一个列表含有多个列表项，那么这段代码的通用性就很强了。无论原本列表中有多少个列表项，也无论pxIndex指向哪个列表项！
看看是不是按照源码中那样插入呢？ 本帖最后由 caijie001 于 2018-6-12 13:12 编辑
列表项的插入 源码：void vListInsert( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem )
{
ListItem_t *pxIterator;
const TickType_t xValueOfInsertion = pxNewListItem->xItemValue;
listTEST_LIST_INTEGRITY( pxList );
listTEST_LIST_ITEM_INTEGRITY( pxNewListItem );
if( xValueOfInsertion == portMAX_DELAY )
{
pxIterator = pxList->xListEnd.pxPrevious;
}
else
{
for( pxIterator = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd ); pxIterator->pxNext->xItemValue <= xValueOfInsertion; pxIterator = pxIterator->pxNext ) /*lint !e826 !e740 The mini list structure is used as the list end to save RAM.This is checked and valid. */
{
/* There is nothing to do here, just iterating to the wanted
insertion position. */
}
}
pxNewListItem->pxNext = pxIterator->pxNext;
pxNewListItem->pxNext->pxPrevious = pxNewListItem;
pxNewListItem->pxPrevious = pxIterator;
pxIterator->pxNext = pxNewListItem;
/* Remember which list the item is in.This allows fast removal of the
item later. */
pxNewListItem->pvContainer = ( void * ) pxList;
( pxList->uxNumberOfItems )++;
}传入的参数： pxList：列表项要插入的列表。 pxNewListItem：要插入的列表项是什么。
pxList决定了插入哪个列表，pxNewListItem中的xItemValue值决定了列表项插入列表的位置。ListItem_t *pxIterator;
const TickType_t xValueOfInsertion = pxNewListItem->xItemValue;定义一个辅助的列表项pxIterator，用来迭代找出插入新列表项的位置，并且保存获取要插入的列表项pxNewListItem的xItemValue。如果打开了列表项完整性检查，就要用户实现configASSERT()，源码中有说明。既然是要插入列表项，那么肯定是要知道列表项的位置了，如果新插入列表项的xItemValue是最大的话（portMAX_DELAY），就直接插入列表项的末尾。否则就需要比较列表中各个列表项的xItemValue的大小来进行排列。然后得出新列表项插入的位置。for( pxIterator = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd ); pxIterator->pxNext->xItemValue <= xValueOfInsertion; pxIterator = pxIterator->pxNext )上面源码就是实现比较的过程。与上面的从列表项末尾插入的源码一样，FreeRTOS的代码通用性很强，逻辑思维也很强。
如果列表中列表项的数量为0，那么插入的列表项就是在初始化列表项的后面。如下图所示：
过程分析：新列表项的pxNext指向pxIterator->pxNext，也就是指向了xListEnd（pxIterator）。pxNewListItem->pxNext = pxIterator->pxNext;
而xListEnd（pxIterator）的pxPrevious指向则为pxNewListItem。 pxNewListItem->pxNext->pxPrevious = pxNewListItem; 新列表项的（pxPrevious）指针指向xListEnd（pxIterator）pxIterator 的 pxNext 指向了新列表项pxNewListItem->pxPrevious = pxIterator;
pxIterator->pxNext = pxNewListItem;与从末尾插入列表项其实是一样的，前提是当前列表中列表项的数目为0。 本帖最后由 caijie001 于 2018-6-12 13:15 编辑
假如列表项中已经有了元素呢，还是原来的代码，逻辑思维超强。原来的列表是下图这样子的：
假设插入的列表项的xItemValue是2，而原有的列表项的xItemValue值是3，那么，按照源码，我们插入的列表项是在中间了。而pxIterator则是①号列表项。插入后的效果：
分析一下插入的过程： 新的列表项的pxNext指向的是pxIterator->pxNext，也就是③号列表项。因为一开始pxIterator->pxNext=指向的就是③号列表项！！pxNewListItem->pxNext = pxIterator->pxNext; 而pxNewListItem->pxNext 即③号列表项的指向上一个列表项指针（pxPrevious）的则指向新插入的列表项，也就是②号列表项了。pxNewListItem->pxNext->pxPrevious = pxNewListItem; 新插入列表项的指向上一个列表项的指针pxNewListItem->pxPrevious指向了辅助列表项pxIterator。很显然要连接起来嘛！pxNewListItem->pxPrevious = pxIterator; 同理，pxIterator列表项的指向下一个列表项的指针则指向新插入的列表项了pxNewListItem。pxIterator->pxNext = pxNewListItem;而其他没改变指向的地方不需改动。（图中的两条直线做的连接线是不需要改动的）当插入完成的时候，记录一下新插入的列表项属于哪个列表。并且让该列表下的列表项数目加一。pxNewListItem->pvContainer = ( void * ) pxList;
( pxList->uxNumberOfItems )++; 本帖最后由 caijie001 于 2018-6-12 13:17 编辑
删除列表项 源码：UBaseType_t uxListRemove( ListItem_t * const pxItemToRemove )
{
/* The list item knows which list it is in.Obtain the list from the list
item. */
List_t * const pxList = ( List_t * ) pxItemToRemove->pvContainer;
pxItemToRemove->pxNext->pxPrevious = pxItemToRemove->pxPrevious;
pxItemToRemove->pxPrevious->pxNext = pxItemToRemove->pxNext;
/* Only used during decision coverage testing. */
mtCOVERAGE_TEST_DELAY();
/* Make sure the index is left pointing to a valid item. */
if( pxList->pxIndex == pxItemToRemove )
{
pxList->pxIndex = pxItemToRemove->pxPrevious;
}
else
{
mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
}
pxItemToRemove->pvContainer = NULL;
( pxList->uxNumberOfItems )--;
return pxList->uxNumberOfItems;
}其实删除是很简单的，不用想都知道，要删除列表项，那肯定要知道该列表项是属于哪个列表吧，pvContainer就是记录列表项是属于哪个列表的。删除就是把列表中的列表项从列表中去掉，其本质其实就是把他们的连接关系删除掉，然后让删除的列表项的前后两个列表连接起来就行了，假如是只有一个列表项，那么删除之后，列表就回到了初始化的状态了。pxItemToRemove->pxNext->pxPrevious = pxItemToRemove->pxPrevious;
pxItemToRemove->pxPrevious->pxNext = pxItemToRemove->pxNext;这两句代码就实现了将删除列表项的前后两个列表项连接起来。按照上面的讲解可以理解这两句简单的代码啦。if( pxList->pxIndex == pxItemToRemove )
{
pxList->pxIndex = pxItemToRemove->pxPrevious;
}假如删除的列表项是当前索引的列表项，那么在删除之后，列表中的pxIndex就要指向删除列表项的上一个列表项了。当然还要把当前删除的列表项的pvContainer指向NULL，让它不属于任何一个列表，因为，删除的本质是删除的仅仅是列表项的连接关系，其内存是没有释放掉的，假如是动态内存分配的话。并且要把当前列表中列表项的数目返回一下。
至此，列表的源码基本讲解完毕。 本帖最后由 caijie001 于 2018-6-12 13:18 编辑
最后大家还可以了解一下遍历列表的宏，它在list.h文件中：#define listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY( pxTCB, pxList ) \
{ \
List_t * const pxConstList = ( pxList ); \
/* Increment the index to the next item and return the item, ensuring */ \
/* we don't return the marker used at the end of the list.*/ \
( pxConstList )->pxIndex = ( pxConstList )->pxIndex->pxNext; \
if( ( void * ) ( pxConstList )->pxIndex == ( void * ) &( ( pxConstList )->xListEnd ) ) \
{ \
( pxConstList )->pxIndex = ( pxConstList )->pxIndex->pxNext; \
} \
( pxTCB ) = ( pxConstList )->pxIndex->pvOwner; \
}这是一个宏，用于列表的遍历，返回的是列表中列表项的pxOwner成员，每次调用这个宏（函数）的时候，其pxIndex索引会指向当前返回列表项的下一个列表项。
本文为杰杰原创，转载请说明出处 本帖最后由 caijie001 于 2018-6-12 13:19 编辑
@21ic小喇叭 来看啦 caijie001 发表于 2018-6-12 12:30
@21ic小喇叭 来看啦
谢谢杰杰分享，辛苦啦~ 看懂逻辑绝很简单了，可以多看看数据结构相关的知识，FreeRTOS中使用了大量的列表与列表项
不错，谢谢分享 zhdm 发表于 2018-6-12 19:49
不错，谢谢分享
谢谢支持，，，，，哈哈哈，，，发了那么久没被打过 辛苦啦~谢谢分享。 keke 发表于 2018-6-12 20:17
辛苦啦~谢谢分享。
多谢分享。。 谢谢分享！！！！！！！！！！ zw252410 发表于 2018-6-13 13:46
谢谢分享！！！！！！！！！！
嘻嘻嘻 想学学 ruxiasiqiu 发表于 2018-6-14 13:59
想学学
学啊，可以学学rtt，支持一下国产
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