深度解剖~ FreeRtos閱讀筆記2 任務建立、內核鏈表初始化

2.FREERTOS任務建立、內核鏈表初始化

硬件環境：cortex m4

FreeRTOS版本:v8.0.1

今天開始閱讀freertos，閱讀同時作下筆記，等哪天碰到移植問題再翻出來看看。

 

2.1 任務、鏈表結構體

源碼中使用tskTCB來存儲一個任務的全部信息，xLIST存儲內核鏈表數據。一個系統最基本的功能是它的任務調度，在任務切換時最重要的則是內核鏈表，用圖描述下這兩個結構體，這樣看起來比代碼更清晰。（TCB中有省略成員）

(TCB結構體)

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(LIST結構體)

一個TCB中包含了兩個xLIST_ITEM做爲鏈表節點，操做xLIST_ITEM中的指針指向既爲控制一個任務進出某個鏈表。相比xLIST_ITEM，在xLIST中使用了精簡版的結點xMINI_LIST_ITEM。

 

2.2 xTaskGeneEricCreate 任務建立流程分析

xTaskGeneEricCreate 函數用來建立一個新任務，在調度器啓動前和啓動後均可以建立。

Freertos在調度器啓動後至少會有一個任務(IDLE)處於準備調度狀態，即便開發者不去建立本身的任務。

xTaskGeneEricCreate源碼流程：(拖動能夠放大圖片)

(任務建立流程圖)

 

2.2.1 prvAllocateTCBAndStack 分配空間

Freertos使用pvPortMalloc在堆上分配一塊TCB大小的內存空間，分配成功後還要使用pvPortMalloc分配一塊內存，當作任務運行所須要的棧空間。這些空間直到任務被刪除時纔會獲得釋放。

在棧分配時有參數判斷，若建立任務時有傳入的棧地址則放棄分配。

分配的棧內存總大小爲棧深度（傳入參數）與棧寬度乘積。

 

2.2.2 prvInitialiseTCBVariables 執行初始化

prvInitialiseTCBVariables函數中主要執行了任務名字拷貝、優先級保存、兩個鏈表節點初始化。

下圖表示TCB中節點和鏈表初始化後指針指向

（鏈表及TCB初始化後）

 

2.2.3 pxPortInitialiseStack 執行」壓棧」

pxPortInitialiseStack函數執行的代碼很是奇特，一開始徹底沒法理解，還好在葵花寶典找到了da案，神書！引用M3權威指南上一句翻譯:響應異常的第一個步驟是保存現場，硬件自動壓棧，壓棧後內存分佈：

 

 

再對比看下pxPortInitialiseStack源碼：

對比下二者動做，這個函數是對任務棧進行了一些處理，而且是模仿異（中斷）常發生時所產生的動做。爲何必定要模仿異常進行壓棧，首先扯一下freertos任務調度工做的大體流程:

當一個任務在運行時，還有一個內部定時器（systick）在一直計數，它的計數值和時鐘頻率比值能夠當作爲時間片。時間片到，中斷產生，中斷裏進行上下文切換也就是pxReadyTasksLists中的任務被依次調度。硬件進入中斷時便會自動壓棧，不須要咱們處理。中斷處理完成後到中斷返回時硬件還會自動出棧，還原進入異常前的狀態。進中斷時壓入的那些寄存器值都被一一出棧 如：PC、R0、等寄存器。這樣pxPortInitialiseStack函數就好理解了，它先對新建立的任務進行手動壓棧，還多包括了R4-R11，那麼在調度中斷結束後這些手動壓入的值將被自動出棧，進而使新任務運行起來。

PC位置是傳入的任務主程序句柄地址，也就是咱們要任務執行的主要程序，LR(返回寄存器)的位置是prvTaskExitError函數地址，這個函數裏是一個for死循環加錯誤信息打印，也就是一個任務永遠不該從它的主程序中跳出，若是跳出則進入prvTaskExitError函數打印錯誤。通常任務句柄裏都會用for(;;)把它寫死永遠循環執行，須要退出時要將該任務delete掉。

 

2.3 pxReadyTasksLists鏈表

一個TCB建立並初始化完成後便開始插入pxReadyTasksLists等待被調度。pxReadyTasksLists鏈表是一個數組，優先級最大數決定它的大小。一個處於空閒狀態的TCB（準備好被調度）在插入時是an照優先級做爲索引插入的，這裏說TCB插入不太準確，應該是TCB上的鏈表節點插入鏈表。

舉個栗子，第一個任務插入空鏈表時的情況：

 

看着有些凌亂的話再來張大意圖：

 

若是此時又有一個相同優先級任務建立，鏈表變爲：

 

簡略圖:

 

 

鏈表將節點依次鏈接，組成TCB鏈，調度器運行時會an照須要遍歷鏈表進而控制任務。

鏈表頭部都帶有index元素，一開始它指向鏈表自己，因此咱們上面建立的任務都像是在尾插，事實上調度器運行起來時新節點插入的位置由index決定。

圖解：

調度開始後index開始遍歷readylist，它指向第一個TCB時，第一個TCB獲得cpu資源開始運行，變爲：

 

注意紅色線條變化，此時若是動態建立了一個優先級相同的任務TCB3，應該把它插在哪裏？若是插在TCB後面那對於TCB2來講是不公平的，由於人家排隊等待cpu的時間確定比TCB3長，其實仔細考慮下插在鏈表頭部或尾部都是不規律的，只有利用index。Freertos將其插在TCB前面，以保證是當前鏈表最後一個獲得cpu資源的位置:

 

 

新TCB進入鏈表，任務建立流程就快結束了。在程序尾部有些優先級判斷，若是建立的任務比當前運行的任務優先級要高則使能PendSV中斷。若是調度器是中止的則直接更改當前TCB指針。