2. 程式人生 > >FreeRTOS（14）---FreeRTOS 任務建立分析

FreeRTOS（14）---FreeRTOS 任務建立分析

阿新 • • 發佈：2019-01-02

FreeRTOS 任務建立分析

FreeRTOS 任務建立分析

函式的宣告：

        BaseType_t xTaskCreate(
                            TaskFunction_tp vTaskCode,
                            const char * constpcName,
                            unsigned short usStackDepth,
                            void *pvParameters,
                            UBaseType_t uxPriority,
                            TaskHandle_t *pvCreatedTask
                          );

這個API函式的作用是建立新的任務並將它加入到任務就緒列表，函式引數含義為：

  • pvTaskCode：函式指標，指向任務函式的入口。任務永遠不會返回（位於死迴圈內）。該引數型別TaskFunction_t定義在檔案projdefs.h中，定義為：typedef void(*TaskFunction_t)( void * )，即引數為空指標型別並返回空型別。
  • pcName：任務描述。主要用於除錯。字串的最大長度（包括字串結束字元）由巨集configMAX_TASK_NAME_LEN指定，該巨集位於FreeRTOSConfig.h檔案中。
  • usStackDepth：指定任務堆疊大小，能夠支援的堆疊變數數量（堆疊深度），而不是位元組數。比如，在16位寬度的堆疊下，usStackDepth定義為100，則實際使用200位元組堆疊儲存空間。堆疊的寬度乘以深度必須不超過size_t型別所能表示的最大值。比如，size_t為16位，則可以表示堆疊的最大值是65535位元組。這是因為堆疊在申請時是以位元組為單位的，申請的位元組數就是堆疊寬度乘以深度，如果這個乘積超出size_t所表示的範圍，就會溢位，分配的堆疊空間也不是我們想要的。
  • pvParameters：指標，當任務建立時，作為一個引數傳遞給任務。
  • uxPriority：任務的優先順序。具有MPU支援的系統，可以通過置位優先順序引數的portPRIVILEGE_BIT位，隨意的在特權（系統）模式下建立任務。比如，建立一個優先順序為2的特權任務，引數uxPriority可以設定為 ( 2 | portPRIVILEGE_BIT )。
  • pvCreatedTask：用於回傳一個控制代碼（ID），建立任務後可以使用這個控制代碼引用任務。

雖然xTaskCreate()看上去很像函式，但其實是一個巨集，真正被呼叫的函式是xTaskGenericCreate()，xTaskCreate()巨集定義如下所示：

#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少了三個引數，在巨集定義中，這三個引數被設定為NULL。這三個引數用於使用靜態變數的方法分配堆疊、任務TCB空間以及設定MPU相關的引數。一般情況下，這三個引數是不使用的，所以任務建立巨集xTaskCreate定義的時候，將這三個引數對使用者隱藏了。接下來的章節中，為了方便，我們還是稱xTaskCreate()為函式，雖然它是一個巨集定義。

上面我們提到了任務TCB（任務控制塊），這是一個需要重點介紹的關鍵點。它用於儲存任務的狀態資訊，包括任務執行時的環境。每個任務都有自己的任務TCB。任務TCB是一個相對比較大的資料結構，這也是情理之中的，因為與任務相關的程式碼佔到整個FreeRTOS程式碼量的一半左右，這些程式碼大都與任務TCB相關，我們先來介紹一下任務TCB資料結構的定義：

typedef struct tskTaskControlBlock
{
    volatile StackType_t    *pxTopOfStack; /*當前堆疊的棧頂,必須位於結構體的第一項*/
 
    #if ( portUSING_MPU_WRAPPERS == 1 )
        xMPU_SETTINGS   xMPUSettings;      /*MPU設定,必須位於結構體的第二項*/
    #endif
 
    ListItem_t          xStateListItem; /*任務的狀態列表項，以引用的方式表示任務的狀態*/
    ListItem_t          xEventListItem;    /*事件列表項，用於將任務以引用的方式掛接到事件列表*/
    UBaseType_t         uxPriority;        /*儲存任務優先順序，0表示最低優先順序*/
    StackType_t         *pxStack;           /*指向堆疊的起始位置*/
    char               pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ];/*任務名字*/
 
    #if ( portSTACK_GROWTH > 0 )
        StackType_t     *pxEndOfStack;     /*指向堆疊的尾部*/
    #endif
 
    #if ( portCRITICAL_NESTING_IN_TCB == 1 )
        UBaseType_t     uxCriticalNesting; /*儲存臨界區巢狀深度*/
    #endif
 
    #if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )
        UBaseType_t     uxTCBNumber;       /*儲存一個數值，每個任務都有唯一的值*/
        UBaseType_t     uxTaskNumber;      /*儲存一個特定數值*/
    #endif
 
    #if ( configUSE_MUTEXES == 1 )
        UBaseType_t     uxBasePriority;    /*儲存任務的基礎優先順序*/
        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;  /*記錄任務在執行狀態下執行的總時間*/
    #endif
 
    #if ( configUSE_NEWLIB_REENTRANT == 1 )
        /* 為任務分配一個Newlibreent結構體變數。Newlib是一個C庫函式，並非FreeRTOS維護，FreeRTOS也不對使用結果負責。如果使用者使用Newlib，必須熟知Newlib的細節*/
        struct _reent xNewLib_reent;
    #endif
 
    #if( configUSE_TASK_NOTIFICATIONS == 1 )
        volatile uint32_t ulNotifiedValue; /*與任務通知相關*/
        volatile uint8_t ucNotifyState;
    #endif
 
    #if( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 )
        uint8_t ucStaticAllocationFlags; /* 如果堆疊由靜態陣列分配，則設定為pdTRUE，如果堆疊是動態分配的，則設定為pdFALSE*/
    #endif
 
    #if( INCLUDE_xTaskAbortDelay == 1 )
        uint8_t ucDelayAborted;
    #endif
 
} tskTCB;
 
typedef tskTCB TCB_t;

下面我們詳細的介紹這個資料結構的主要成員：

指標pxTopOfStack必須位於結構體的第一項，指向當前堆疊的棧頂，對於向下增長的堆疊，pxTopOfStack總是指向最後一個入棧的專案。

如果使用MPU，xMPUSettings必須位於結構體的第二項，用於MPU設定。

接下來是狀態列表項xStateListItem和事件列表項xEventListItem，我們在上一章介紹列表和列表項的文章中提到過：列表被FreeRTOS排程器使用，用於跟蹤任務，處於就緒、掛起、延時的任務，都會被掛接到各自的列表中。排程器就是通過把任務TCB中的狀態列表項xStateListItem和事件列表項xEventListItem掛接到不同的列表中來實現上述過程的。在task.c中，定義了一些靜態列表變數，其中有就緒、阻塞、掛起列表，例如當某個任務處於就緒態時，排程器就將這個任務TCB的xStateListItem列表項掛接到就緒列表。事件列表項也與之類似，當佇列滿的情況下，任務因入隊操作而阻塞時，就會將事件列表項掛接到佇列的等待入隊列表上。

uxPriority用於儲存任務的優先順序，0為最低優先順序。任務建立時，指定的任務優先順序就被儲存到該變數中。

指標pxStack指向堆疊的起始位置，任務建立時會分配指定數目的任務堆疊，申請堆疊記憶體函式返回的指標就被賦給該變數。很多剛接觸FreeRTOS的人會分不清指標pxTopOfStack和pxStack的區別，這裡簡單說一下：pxTopOfStack指向當前堆疊棧頂，隨著進棧出棧，pxTopOfStack指向的位置是會變化的；pxStack指向當前堆疊的起始位置，一經分配後，堆疊起始位置就固定了，不會被改變了。那麼為什麼需要pxStack變數呢，這是因為隨著任務的執行，堆疊可能會溢位，在堆疊向下增長的系統中，這個變數可用於檢查堆疊是否溢位；如果在堆疊向上增長的系統中，要想確定堆疊是否溢位，還需要另外一個變數pxEndOfStack來輔助診斷是否堆疊溢位，後面會講到這個變數。

字元陣列pcTaskName用於儲存任務的描述或名字，在任務建立時，由引數指定。名字的長度由巨集configMAX_TASK_NAME_LEN（位於FreeRTOSConfig.h中）指定，包含字串結束標誌。

如果堆疊向上生長（portSTACK_GROWTH > 0），指標pxEndOfStack指向堆疊尾部，用於檢驗堆疊是否溢位。

變數uxCriticalNesting用於儲存臨界區巢狀深度，初始值為0。

接下來兩個變數用於視覺化追蹤，僅當巨集configUSE_TRACE_FACILITY（位於FreeRTOSConfig.h中）為1時有效。變數uxTCBNumber儲存一個數值，在建立任務時由核心自動分配數值（通常每建立一個任務，值增加1），每個任務的uxTCBNumber值都不同，主要用於除錯。變數uxTaskNumber用於儲存一個特定值，與變數uxTCBNumber不同，uxTaskNumber的數值不是由核心分配的，而是通過API函式vTaskSetTaskNumber()來設定的，數值由函式引數指定。

如果使用互斥量（configUSE_MUTEXES == 1），任務優先順序被臨時提高時，變數uxBasePriority用來儲存任務原來的優先順序。

變數ucStaticAllocationFlags也需要說明一下，我們前面說過任務建立API函式xTaskCreate()只能使用動態記憶體分配的方式建立任務堆疊和任務TCB，如果要使用靜態變數實現任務堆疊和任務TCB就需要使用函式xTaskGenericCreate()來實現。如果任務堆疊或任務TCB由靜態陣列和靜態變數實現，則將該變數設定為pdTRUE（任務堆疊空間由靜態陣列變數實現時為0x01，任務TCB由靜態變數實現時為0x02，任務堆疊和任務TCB都由靜態變數實現時為0x03），如果堆疊是動態分配的，則將該變數設定為pdFALSE。

到這裡任務TCB的資料結構就講完了，下面我們用一個例子來講述任務建立的過程，為方便起見，假設被建立的任務叫“任務A”，任務函式為vTask_A()：

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

這裡建立了一個任務，任務優先順序為1，由於硬體平臺是32為架構，所以指定了120*4=480位元組的任務堆疊，向任務函式vTask_A()傳遞的引數為空（NULL），任務控制代碼由變數xHandle儲存。當這個語句執行後，任務A被建立並加入就緒任務列表，我們這章的主要目的，就是看看這個語句在執行過程中，發生了什麼事情。

建立任務堆疊和任務TCB

呼叫函式prvAllocateTCBAndStack()建立任務堆疊和任務TCB。有兩種方式建立任務堆疊和任務TCB，一種是使用動態記憶體分配方法，這樣當任務刪除時，任務堆疊和任務控制塊空間會被釋放，可用於其它任務；另一種是使用靜態變數來實現，在建立任務前定義好全域性或者靜態堆疊陣列和任務控制塊變數，在呼叫建立任務API函式時，將這兩個變數以引數的形式傳遞給任務建立函式xTaskGenericCreate()。如果使用預設的xTaskCreate()建立任務函式，則使用動態記憶體分配，因為與靜態記憶體分配有關的引數不可見（在本文一開始我們說過xTaskCreate()其實是一個帶引數的巨集定義，真正被執行的函式是xTaskGenericCreate()，參考巨集xTaskCreate()的定義可以知道，xTaskCreate()對外隱藏了使用靜態記憶體分配的引數，在呼叫xTaskGenericCreate()時，這些引數被設定為NULL）。

任務堆疊成功分配後，經過對齊的堆疊起始地址被儲存到任務TCB的pxStack欄位。如果使能堆疊溢位檢查或者使用視覺化追蹤功能，則使用固定值tskSTACK_FILL_BYTE（0xa5）填充堆疊。

函式prvAllocateTCBAndStack()的原始碼去除斷言和不常用的條件編譯後如下所示：

static TCB_t *prvAllocateTCBAndStack( const uint16_t usStackDepth, StackType_t * const puxStackBuffer, TCB_t * const pxTaskBuffer )
{
TCB_t *pxNewTCB;
StackType_t *pxStack;
 
    /* 分配堆疊空間*/
    pxStack = ( StackType_t * ) pvPortMallocAligned( ( ( ( size_t ) usStackDepth ) * sizeof( StackType_t ) ), puxStackBuffer );
    if( pxStack != NULL )
    {
        /* 分配TCB空間 */
        pxNewTCB = ( TCB_t * ) pvPortMallocAligned( sizeof( TCB_t ), pxTaskBuffer );
 
        if( pxNewTCB != NULL )
        {
            /* 將堆疊起始位置存入TCB*/
            pxNewTCB->pxStack = pxStack;
        }
        else
        {
            /* 如果TCB分配失敗，釋放之前申請的堆疊空間 */
            if( puxStackBuffer == NULL )
            {
                vPortFree( pxStack );
            }
        }
    }
    else
    {
        pxNewTCB = NULL;
    }
 
    if( pxNewTCB != NULL )
    {
        /* 如果需要，使用固定值填充堆疊 */
        #if( ( configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW> 1 ) || ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 ) || ( INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark== 1 ) )
        {
            /* 僅用於除錯 */
            ( void ) memset( pxNewTCB->pxStack, ( int ) tskSTACK_FILL_BYTE, ( size_t ) usStackDepth * sizeof( StackType_t ) );
        }
        #endif
    }
 
    return pxNewTCB;
}

初始化任務TCB必要的欄位

呼叫函式prvInitialiseTCBVariables()初始化任務TCB必要的欄位。在呼叫建立任務API函式xTaskCreate()時，引數pcName（任務描述）、uxPriority（任務優先順序）都會被寫入任務TCB相應的欄位，TCB欄位中的xStateListItem和xEventListItem列表項也會被初始化，初始化後的列表項如圖2-1所示。在圖2-1中，列表項xEventListItem的成員列表項值xItemValue被初始為4，這是因為我在應用中設定的最大優先順序數目（configMAX_PRIORITIES）為5，而xEventListItem. xItemValue等於configMAX_PRIORITIES減去任務A的優先順序（為1），即5-1=4。這一點很重要，在這裡xItemValue不是直接儲存任務優先順序，而是儲存優先順序的補數，這意味著xItemValue的值越大，對應的任務優先順序越小。FreeRTOS核心使用vListInsert函式（詳細見高階篇第一章）將事件列表項插入到一個列表，這個函式根據xItemValue的值的大小順序來進行插入操作。使用巨集listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY獲得列表中的第一個列表項的xTiemValue值總是最小，也就是優先順序最高的任務！

在這裡插入圖片描述

圖2-1：初始化狀態和事件列表項

此外，TCB其它的一些欄位也被初始化，比如臨界區巢狀次數、執行時間計數器、任務通知值、任務通知狀態等，函式prvInitialiseTCBVariables()的原始碼如下所示：

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;
 
    /* 將任務描述存入TCB */
    for( x = ( UBaseType_t ) 0; x < ( UBaseType_t ) configMAX_TASK_NAME_LEN; x++ )
    {
        pxTCB->pcTaskName[ x ] = pcName[ x ];
        if( pcName[ x ] == 0x00 )
        {
            break;
        }
    }
    /* 確保字串有結束 */
    pxTCB->pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN - 1 ] = '\0';
 
    /* 調整優先順序，巨集configMAX_PRIORITIES的值在FreeRTOSConfig.h中設定 */
    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 */
   
    /*初始化列表項*/
    vListInitialiseItem( &( pxTCB->xStateListItem ) );
    vListInitialiseItem( &( pxTCB->xEventListItem ) );
 
    /* 設定列表項xStateListItem的成員pvOwner指向當前任務控制塊 */
    listSET_LIST_ITEM_OWNER( &( pxTCB->xStateListItem ), pxTCB );
 
    /* 設定列表項xEventListItem的成員xItemValue*/
    listSET_LIST_ITEM_VALUE( &( pxTCB->xEventListItem ), ( TickType_t ) configMAX_PRIORITIES - ( TickType_t ) uxPriority );
    /* 設定列表項xEventListItem的成員pvOwner指向當前任務控制塊 */
    listSET_LIST_ITEM_OWNER( &( pxTCB->xEventListItem ), pxTCB );
 
    #if ( portCRITICAL_NESTING_IN_TCB ==1 )    /*使能臨界區巢狀功能*/
    {  
        pxTCB->uxCriticalNesting = ( UBaseType_t ) 0U;
    }
    #endif /* portCRITICAL_NESTING_IN_TCB */
 
    #if ( configUSE_APPLICATION_TASK_TAG == 1 ) /*使能任務標籤功能*/
    {  
        pxTCB->pxTaskTag = NULL;
    }
    #endif /* configUSE_APPLICATION_TASK_TAG */
 
    #if ( configGENERATE_RUN_TIME_STATS == 1 )  /*使能事件統計功能*/
    {
        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 )/*使能執行緒本地儲存指標*/
    {
        for( x = 0; x < ( UBaseType_t )configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS; x++ )
        {
            pxTCB->pvThreadLocalStoragePointers[ x ] = NULL;
        }
    }
    #endif
 
    #if ( configUSE_TASK_NOTIFICATIONS == 1 )   /*使能任務通知功能*/
    {
        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
}

初始化任務堆疊

呼叫函式pxPortInitialiseStack()初始化任務堆疊，並將最新的棧頂指標賦值給任務TCB的pxTopOfStack欄位。

呼叫函式pxPortInitialiseStack()後，相當於執行了一次系統節拍時鐘中斷:將一些重要暫存器入棧。雖然任務還沒開始執行,也並沒有中斷髮生,但看上去就像暫存器已經被入棧了，並且部分堆疊值被修改成了我們需要的已知值。對於不同的硬體架構，入棧的暫存器也不相同，所以我們看到這個函式是由移植層提供的。對於Cortex-M3架構，需要依次入棧xPSR、PC、LR、R12、R3R0、R11R4，假設堆疊是向下生長的，初始化後的堆疊如圖3-1所示。

在圖3-1中我們看到暫存器xPSR被初始為0x01000000，其中bit24被置1，表示使用Thumb指令；暫存器PC被初始化為任務函式指標vTask_A，這樣當某次任務切換後，任務A獲得CPU控制權，任務函式vTask_A被出棧到PC暫存器，之後會執行任務A的程式碼；LR暫存器初始化為函式指標prvTaskExitError,這是由移植層提供的一個出錯處理函式。當中斷髮生時，LR被設定成中斷要返回的地址，但是每個任務都是一個死迴圈，正常情況下不應該退出任務函式，所以一旦從任務函式退出，說明那裡出錯了，這個時候會呼叫暫存器LR指向的函式來處理這個錯誤，即prvTaskExitError；根據ATPCS（ARM-Thumb過程呼叫標準），我們知道子函式呼叫通過暫存器R0~R3傳遞引數，在文章的最開始講xTaskCreate()函式時，提到這個函式有一個空指標型別的引數pvParameters，當任務建立時，它作為一個引數傳遞給任務，所以這個引數被儲存到R0中，用來向任務傳遞引數。

任務TCB結構體成員pxTopOfStack表示當前堆疊的棧頂，它指向最後一個入棧的專案，所以在圖中它指向R4，TCB結構體另外一個成員pxStack表示堆疊的起始位置，所以在圖中它指向堆疊的最開始處。

在這裡插入圖片描述

圖3-1：初始化任務堆疊

進入臨界區

呼叫taskENTER_CRITICAL()進入臨界區，這是一個巨集定義，最終進入臨界區的程式碼由移植層提供。

當前任務數量增加1

在tasks.c中 ，定義了一些靜態私有變數，用來跟蹤任務的數量或者狀態等等，其中變數uxCurrentNumberOfTasks表示當前任務的總數量，每建立一個任務，這個變數都會增加1。

為第一次執行做必要的初始化

如果這是第一個任務（uxCurrentNumberOfTasks等於1），則呼叫函式prvInitialiseTaskLists()初始化任務列表。FreeRTOS使用列表來跟蹤任務，在tasks.c中，定義了靜態型別的列表變數：

PRIVILEGED_DATAstatic List_t pxReadyTasksLists[ configMAX_PRIORITIES ];/*按照優先順序排序的就緒態任務*/
PRIVILEGED_DATAstatic List_t xDelayedTaskList1;                        /*延時的任務 */
PRIVILEGED_DATAstatic List_t xDelayedTaskList2;                        /*延時的任務 */
PRIVILEGED_DATAstatic List_t xPendingReadyList;                        /*任務已就緒,但排程器被掛起 */
 
#if (INCLUDE_vTaskDelete == 1 )
    PRIVILEGED_DATA static List_t xTasksWaitingTermination;             /*任務已經被刪除,但記憶體尚未釋放*/
#endif
 
#if (INCLUDE_vTaskSuspend == 1 )
    PRIVILEGED_DATA static List_t xSuspendedTaskList;                   /*當前掛起的任務*/
#endif

現在這些列表都要進行初始化，會呼叫API函式vListInitialise()初始化列表，這個函式在《FreeRTOS（13）—FreeRTOS 列表和列表項》中講過，每個列表的初始化方式都是相同的，以就緒態列表pxReadyTasksLists[0]為例，初始化後如圖6-1所示：
在這裡插入圖片描述

圖6-1：初始化後的列表

函式prvInitialiseTaskLists()的原始碼如下所示：

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;
}

更新當前正在執行的任務TCB指標

tasks.c中定義了一個任務TCB指標型變數：

PRIVILEGED_DATA TCB_t * volatile pxCurrentTCB= NULL;

這是一個全域性變數，在tasks.c中只定義了這一個全域性變數。這個變數用來指向當前正在執行的任務TCB，我們需要多瞭解一下這個變數。FreeRTOS的核心是確保處於優先順序最高的就緒任務獲得CPU執行權。在下一章講述任務切換時會知道，任務切換就是找到優先順序最高的就緒任務，而找出的這個最高優先順序任務的TCB，就被賦給變數pxCurrentTCB。

如果排程器還沒有準備好（程式剛開始執行時，可能會先建立幾個任務，之後才會啟動排程器），並且新建立的任務優先順序大於變數pxCurrentTCB指向的任務優先順序，則設定pxCurrentTCB指向當前新建立的任務TCB（確保pxCurrentTCB指向優先順序最高的就緒任務）。

if( xSchedulerRunning == pdFALSE )
{
    if( pxCurrentTCB->uxPriority <= uxPriority )
    {
        pxCurrentTCB = pxNewTCB;
    }
    else
    {
        mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
    }
}

將新建立的任務加入就緒列表陣列

呼叫prvAddTaskToReadyList(pxNewTCB)將建立的任務TCB加入到就緒列表陣列中，任務的優先順序確定了加入到就緒列表陣列的哪個下標。比如我們新建立的任務優先順序為1，則這個任務被加入到列表pxReadyTasksLists[1]中。

prvAddTaskToReadyList()其實是一個巨集，由一系列語句組成，去除其中的跟蹤巨集外，這個巨集定義如下所示：

#defineprvAddTaskToReadyList( pxTCB )                        \
    taskRECORD_READY_PRIORITY( ( pxTCB)->uxPriority );       \
    vListInsertEnd( &( pxReadyTasksLists[ (pxTCB )->uxPriority ] ), &( ( pxTCB )->xStateListItem ) );

巨集taskRECORD_READY_PRIORITY()用來更新變數uxTopReadyPriority，這個變數在tasks.c中定義為靜態變數，記錄處於就緒態的最高任務優先順序。這個變數參與了FreeRTOS的最核心程式碼：確保處於優先順序最高的就緒任務獲得CPU執行權。它在這裡參與如何最快的找到優先順序最高的就緒任務。為了最快，不同的架構會各顯神通，一些架構還有特殊指令可用，所以這個巨集由移植層提供。我們會在下一章介紹任務切換時，以Cortex-M3架構為例，詳細介紹如何最快的找到優先順序最高的就緒任務。

函式vListInsertEnd()將列表項插入到列表末端，在《FreeRTOS（13）—FreeRTOS 列表和列表項》中已經提到過，這裡會結合著例子再看一下這個函式。從前面我們直到，在呼叫函式vListInsertEnd()之前，就緒列表pxReadyTasksLists[1]和任務TCB的狀態列表項xStateListItem都已經初始化好了，見圖6-1和圖2-1，為了方便檢視，我們將這兩幅圖合成一副，見圖8-1。
在這裡插入圖片描述

圖8-1：初始化後的列表和列表項

呼叫vListInsertEnd(a，b)會將列表項b，插入到列表a的後面，函式執行完畢後，列表和列表項的關係如圖8-2所示。

在這裡插入圖片描述

圖8-2：插入一個列表項後的列表

在此基礎上，假設又建立了任務B，任務A和任務B優先順序相同，都為1。和任務A一樣，任務B也有它自己的任務TCB，其中的狀態列表項欄位xStateListItem也要插入到列表pxReadyTasksLists[1]中，新的列表和列表項如圖8-3所示。
在這裡插入圖片描述

圖8-3：相同優先順序就緒列表掛接兩個列表項

退出臨界區

呼叫taskEXIT_CRITICAL()退出臨界區，這是一個巨集定義，最終退出臨界區的程式碼由移植層提供。

執行上下文切換

如果上面的步驟都正確執行，並且排程器也開始工作，則判斷當前任務的優先順序是否大於新建立的任務優先順序。如果新建立的任務優先順序更高，則呼叫taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION()強制進行一次上下文切換，切換後，新建立的任務將獲得CPU控制權，精簡後的程式碼如下所示。

 if( xReturn == pdPASS )
    {
        if( xSchedulerRunning != pdFALSE )
        {
            /* 如果新建立的任務優先順序大於當前任務優先順序，則新建立的任務應該被立即執行。*/
            if(pxCurrentTCB->uxPriority < uxPriority )
            {
                taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION();
            }
        }
    }

相關推薦

FreeRTOS（14）---FreeRTOS 任務建立分析

FreeRTOS 任務建立分析 FreeRTOS 任務建立分析 建立任務堆疊和任務TCB 初始化任務TCB必要的欄位 初始化任務堆疊 進入臨界區 當前任務數量增加1 為第一次執行做必要的初始化 更新當前正

FreeRTOS（4）---FreeRTOS 任務建立和刪除

FreeRTOS 任務建立和刪除任務建立函式描述引數描述返回值用法舉例任務刪除任務描述引數描述 FreeRTOS 任務建立和刪除 在FreeRTOS移植到Cortex-M3硬體平臺的文章中，我們已經見過任務建立API，但那篇文章的重點在於如何移植FreeRTOS

FreeRTOS（23）---FreeRTOS 空閒任務分析

FreeRTOS 空閒任務分析 FreeRTOS 空閒任務分析 釋放記憶體 處理空閒優先順序任務 執行空閒任務鉤子函式 低功耗tickless模式 FreeRTOS 空閒任務分析 當RTOS排程器

FreeRTOS（20）---FreeRTOS 任務通知分析

FreeRTOS 任務通知分析 FreeRTOS 任務通知分析 傳送通知 xTaskGenericNotify() vTaskNotifyGiveFromISR() xTaskGenericNotifyFrom

FreeRTOS（16）---FreeRTOS 任務切換分析

@TOC FreeRTOS任務相關的程式碼大約佔總程式碼的一半左右，這些程式碼都在為一件事情而努力，即找到優先順序最高的就緒任務，並使之獲得CPU執行權。任務切換是這一過程的直接實施者，為了更快的找到優先順序最高的就緒任務，任務切換的程式碼通常都是精心設計的，甚至會用到彙編指令

FreeRTOS（3）---FreeRTOS 任務概述

FreeRTOS 任務概述 任務和協程（Co-routines） 應用程式可以使用任務也可以使用協程，或者兩者混合使用，但是任務和協程使用不同的API函式，因此在任務和協程之間不能使用同一個佇列或訊號量傳遞資料。 通常情況下，協程僅用在資源非常少的微處理器中，

FreeRTOS（８）---FreeRTOS 任務通知

FreeRTOS 任務通知函式描述引數描述返回值函式描述引數描述用法舉例獲取通知函式描述引數描述返回值用法舉例等待通知函式描述引數描述返回值用法舉例函式描述引數描述返回值 FreeRTOS 任務通知 每個RTOS任務都有一個32位的通知值，任務建立時，這個值被初

FreeRTOS（15）---FreeRTOS 排程器啟動過程分析

FreeRTOS 排程器啟動過程分析 使用FreeRTOS，一個最基本的程式架構如下所示： int main(void) { 必要的初始化工作; 建立任務1; 建立任務2; ... vTaskStartSchedule

FreeRTOS（18）---FreeRTOS 訊號量分析

FreeRTOS 訊號量分析 FreeRTOS的訊號量包括二進位制訊號量、計數訊號量、互斥訊號量（以後簡稱互斥量）和遞迴互斥訊號量（以後簡稱遞迴互斥量）。關於它們的區別可以參考《 FreeRTOS系列第19篇—FreeRTOS訊號量》一文。 訊號量API函式實

FreeRTOS（22）---FreeRTOS 系統節拍時鐘分析

FreeRTOS 系統節拍時鐘分析 FreeRTOS 系統節拍時鐘分析 排程器正常情況 排程器掛起情況 自動任務切換 FreeRTOS 系統節拍時鐘分析 作業系統的執行是由系統節拍時鐘驅動的。 在Fr

FreeRTOS（21）---FreeRTOS 系統延時分析

FreeRTOS 系統延時分析 FreeRTOS 系統延時分析 相對延時函式vTaskDelay() 絕對延時函式vTaskDelayUntil() 小結 FreeRTOS 系統延時分析 FreeRTOS

FreeRTOS（19）---FreeRTOS 記憶體管理分析

FreeRTOS 記憶體管理分析 FreeRTOS 記憶體管理分析 heap_1.c 記憶體申請：pvPortMalloc() 獲取當前未分配的記憶體堆大小：xPortGetFreeHeapSize() 其它函

FreeRTOS（17）---FreeRTOS 佇列分析

FreeRTOS 佇列分析 FreeRTOS 佇列分析 佇列建立函式 入隊 xQueueGenericSend() xQueueGenericSendFromISR () 出隊

吳裕雄 資料探勘與分析案例實戰（14）——Kmeans聚類分析

# 匯入第三方包import pandas as pdimport numpy as np import matplotlib.pyplot as pltfrom sklearn.cluster import KMeansfrom sklearn import metrics # 隨機生成三組二元正態分佈隨

FreeRTOS（７）---FreeRTOS 核心控制

FreeRTOS 核心控制 核心控制的一些功能需要移植層提供，為了方便移植，這些API函式用巨集來實現，比如上下文切換、進入和退出臨界區、禁止和使能可遮蔽中斷。核心控制函式還包括啟動和停止排程器、掛起和恢復排程器以及用於低功耗模式的調整系統節拍函式。 強制上下

FreeRTOS（9）---FreeRTOS 佇列

FreeRTOS 佇列 佇列是主要的任務間通訊方式。可以在任務與任務間、中斷和任務間傳送資訊。大多數情況下，佇列用於具有執行緒保護的FIFO（先進先出）緩衝區：新資料放在佇列的後面。當然，資料也可以放在佇列的前面，在下一篇講佇列API函式時，會涉及到資料的存放

FreeRTOS（10）---FreeRTOS 佇列API函式

FreeRTOS 佇列API函式 FreeRTOS為操作佇列提供了非常豐富的API函式，包括佇列的建立、刪除，靈活的入隊和出隊方式、帶中斷保護的入隊和出隊等等。下面就來詳細講述這些API函式。 獲取佇列入隊資訊數目 函式描述 UBaseType_t uxQue

FreeRTOS（13）---FreeRTOS 列表和列表項

FreeRTOS 列表和列表項 FreeRTOS核心排程大量使用了列表（list）和列表項（list item）資料結構。我們如果想一探FreeRTOS背後的執行機制，首先遇到的攔路虎就是列表和列表項。對於FreeRTOS核心來說，列表就是它最基礎的部分。我們

機器學習回顧篇（14）：主成分分析法（PCA）

  1 引言¶ 在展開資料分析工作時，我們經常會面臨兩種困境，一種是原始資料中特徵屬性太少，“巧婦難為無米之炊”，很難挖掘出潛在的規律，對於這種情況，我們只能在收集這一環節上多下功夫；另一種困境剛好相反，那就是特徵

FreeRTOS筆記（四）初識任務

文章目錄 01 - 單任務與多工 1.1 - 單任務系統 1.2 - 多工系統 02 - 建立和刪除任務 2.1 - FreeRTOS_API 2.2 - 任務函式