FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的任務(wù)創(chuàng)建與任務(wù)切換
更新時(shí)間：2022年04月07日 10:44:49 作者：jiang_2018
這篇文章主要為大家介紹了FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的任務(wù)創(chuàng)建與任務(wù)切換，有需要的朋友可以借鑒參考下，希望能夠有所幫助，祝大家多多進(jìn)步早日升職加薪
任務(wù)控制塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
任務(wù)控制塊數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在task.c聲明
typedef struct tskTaskControlBlock
{
volatile StackType_t * pxTopOfStack; //棧頂指針
ListItem_t xStateListItem; //任務(wù)節(jié)點(diǎn)
StackType_t * pxStack; //任務(wù)棧起始地址
char pcTaskName[configMAX_TASK_NAME_LEN];//任務(wù)名稱
}tskTCB;
任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)
下面是用靜態(tài)方式創(chuàng)建任務(wù)的函數(shù)
static void prvInitialiseNewTask(TaskFunction_t pxTaskCode,/*任務(wù)函數(shù)*/
const char * const pcName,/*任務(wù)名稱*/
const uint32_t ulStackDepth,/*任務(wù)棧大小，單位字*/
void * const pvParameters, /*任務(wù)形參*/
TaskHandle_t* const pxCreatedTask,/*任務(wù)句柄*/
TCB_t * pxNewTCB) /*任務(wù)控制塊指針*/
{
StackType_t * pxTopOfStack;
UBaseType_t x;
//棧頂?shù)刂?
pxTopOfStack = pxNewTCB->pxStack + (ulStackDepth - (uint32_t) 1);
//項(xiàng)下做8字節(jié)對(duì)齊
pxTopOfStack = (StackType_t*) ( (uint32_t)pxTopOfStack & (~(uint32_t)0x0007) );
//存儲(chǔ)名字
for(x=(UBaseType_t)0;x<(UBaseType_t)configMAX_TASK_NAME_LEN;x++)
{
pxNewTCB->pcTaskName[x] = pcName[x];
if(pcName[x]=='\0')
break;
}
pxNewTCB->pcTaskName[configMAX_TASK_NAME_LEN-1] = '\0';
//初始化TCB中的xStateListItem列表項(xiàng)
vListInitialiseItem(& (pxNewTCB->xStateListItem));
//設(shè)置xStateListItem列表項(xiàng)的擁有者即為傳入的TCB
listSET_LIST_ITEM_OWNER( &(pxNewTCB->xStateListItem), pxNewTCB );
//初始化任務(wù)棧,并返回更新的棧頂指針
pxNewTCB->pxTopOfStack = pxPortInitialiseStack(pxTopOfStack,pxTaskCode,pvParameters);
//返回任務(wù)句柄
if((void*)pxCreatedTask !=NULL )
{
*pxCreatedTask = (TaskHandle_t) pxNewTCB;
}
}
下面看pxPortInitialiseStack是怎么初始化任務(wù)棧的
因?yàn)槭窍蛳律L(zhǎng)的滿棧，所以是--操作
#define portINITIAL_XPSR (0x01000000)
#define portSTART_ADDRESS_MASK ((StackType_t)0xfffffffeUL)
StackType_t * pxPortInitialiseStack(StackType_t* pxTopOfStack, TaskFunction_t pxCode, void*pvParameters)
{
//-------------設(shè)置內(nèi)核會(huì)自動(dòng)加載的寄存器，且順序不能變
pxTopOfStack--;
*pxTopOfStack = portINITIAL_XPSR;//xPSR bit24
pxTopOfStack--;
*pxTopOfStack = ( ( StackType_t ) pxCode ) & portSTART_ADDRESS_MASK;//R15 PC
pxTopOfStack--;
*pxTopOfStack = ( StackType_t ) prvTaskExitError;//R14 LR
pxTopOfStack -= 5; //R12 R3 R2 R1
*pxTopOfStack = ( StackType_t ) pvParameters;//R0
//--------------下面8個(gè)需要手動(dòng)保存
pxTopOfStack-=8;
//返回更新后的棧頂指針
return pxTopOfStack;
}
如下圖
定義就緒表
在task.c中，就緒表就是列表類型的數(shù)組，元素個(gè)數(shù)是configMAX_PRIORITIES,就緒表把同一優(yōu)先級(jí)的任務(wù)插入到同一優(yōu)先級(jí)的鏈表中，數(shù)組下標(biāo)表示優(yōu)先級(jí)，如下圖
#define configMAX_PRIORITIES 5 List_t pxReadyTasksLists[configMAX_PRIORITIES];
就緒表初始化
就緒表初始化就是把數(shù)組每個(gè)元素（即列表）初始化（即調(diào)用vListInitialise），結(jié)果如下
void prvInitialiseTaskLists(void)
{
UBaseType_t uxPriority;
for(uxPriority = (UBaseType_t)0 ;
uxPriority < (UBaseType_t) configMAX_PRIORITIES;
uxPriority ++)
{
vListInitialise(&(pxReadyTasksLists[uxPriority]));
}
}
啟動(dòng)調(diào)度器
調(diào)用關(guān)系，這里手動(dòng)指定第一個(gè)運(yùn)行的任務(wù)
vTaskStartScheduler->xPortStartScheduler->prvStartFirstTask
void vTaskStartScheduler(void)
{
//手動(dòng)指定一個(gè)和要運(yùn)行的任務(wù)
pxCurrentTCB = &Task1TCB;
//啟動(dòng)調(diào)度器
if(xPortStartScheduler()!=pdFALSE)
{
//啟動(dòng)成功不會(huì)跑到這里
}
}
//stm32 用4bit表示優(yōu)先級(jí)，所以最低優(yōu)先級(jí)則是15
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 15
#define portNVIC_SYSPRI2_REG (*((volatile uint32_t*) 0xe000ed20))
#define portNVIC_PENDSV_PRI (((uint32_t)configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY)<<16UL)
#define portNVIC_SYSTICK_PRI (((uint32_t)configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY)<<24UL)
BaseType_t xPortStartScheduler(void)
{
//把pendsv systick中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置為最低
portNVIC_SYSPRI2_REG |=portNVIC_PENDSV_PRI;
portNVIC_SYSPRI2_REG |=portNVIC_SYSTICK_PRI;
//啟動(dòng)第一個(gè)任務(wù),該函數(shù)不會(huì)返回
prvStartFirstTask();
//不會(huì)運(yùn)行到這里
return 0;
}
在CM3中，0xE000ED08存放的是SCB_VTOR寄存器地址，SCB_VTOR是向量表的起始地址，即MSP的地址
__asm void prvStartFirstTask(void)
{
PRESERVE8
ldr r0, =0xE000ED08 //r0=0xE000ED08，相當(dāng)于r0=&SCB_VTOR
ldr r0, [r0] //r0=*r0,即r0=*((uint32_t*)0xE000ED08),即r0=0x0
ldr r0, [r0] //r0=*r0,即r0=*((uint32_t*)0x0),即r0=msp指針值
msr msp, r0 //msp=r0，msp指針獲得msp地址
cpsie i //開中斷
cpsie f //開中斷
dsb
isb
svc 0 //觸發(fā)SVC系統(tǒng)調(diào)用，此后會(huì)進(jìn)入SVCHandler
nop //下面這2個(gè)nop不會(huì)執(zhí)行
nop
}
__asm void vPortSVCHandler(void)
{
extern pxCurrentTCB;
PRESERVE8
//r3=&pxCurrentTCB,注意pxCurrentTCB本身就是一個(gè)指針，是指向一個(gè)任務(wù)的TCB指針
ldr r3, =pxCurrentTCB
//r1=*r3，即r1=pxCurrentTCB
ldr r1, [r3]
//r0=*r1，此時(shí)r1=pxCurrentTCB，
//又結(jié)構(gòu)體第一個(gè)成員（棧頂指針）的地址和結(jié)構(gòu)體地址數(shù)值上是相同的，
//所以r0=*(&(pxCurrentTCB.pxTopOfStack)),即r0=pxCurrentTCB.pxTopOfStack，
//即r0此時(shí)指向當(dāng)前任務(wù)空閑棧頂位置
ldr r0, [r1]
//以r0為開始把r4-r11依次保存到當(dāng)前任務(wù)的psp棧
ldmia r0!,{r4-r11}
//更新當(dāng)前任務(wù)psp棧指針
msr psp,r0
isb
mov r0, #0
msr basepri,r0 //開中斷
//此時(shí)r14是0xFFFF_FFF9，表示返回后進(jìn)入Thread mode，使用MSP，返回Thmub狀態(tài)，
//這里其實(shí)是把bit2置1，要求返回后使用PSP
orr r14,#0x0d
//返回，這里會(huì)自動(dòng)加載初始化任務(wù)棧填寫的xPSR、R15、R14、R12、R3-R0值到內(nèi)核對(duì)應(yīng)寄存器，
//所以返回后就直接到pxCurrentTCB指向的任務(wù)
bx r14
}
任務(wù)切換
這里手動(dòng)觸發(fā)任務(wù)切換，其實(shí)就是向中斷控制及狀態(tài)寄存器ICSR（地址0xE000_ED04）PENDSVSET位（bit28）寫1懸起pendsv中斷，在pendsv_handler中尋找下一個(gè)要運(yùn)行的任務(wù)并做任務(wù)切換
#define taskYIELD() portYIELD()
#define portNVIC_INT_CTRL_REG (*((volatile uint32_t*)0xe000ed04))
#define portNVIC_PENDSVSET_BIT (1<<28UL)
#define portSY_FULL_READ_WRITE (15)
#define portYIELD() \
{ \
//觸發(fā)一次pendsv中斷
portNVIC_INT_CTRL_REG = portNVIC_PENDSVSET_BIT; \
__dsb(portSY_FULL_READ_WRITE); \
__isb(portSY_FULL_READ_WRITE); \
}
__asm void xPortPendSVHandler(void)
{
//進(jìn)入中斷前會(huì)自動(dòng)保存xPSR、R15、R14、R12、R3-R0到當(dāng)前任務(wù)P棧中，此時(shí)任務(wù)棧頂指針指向要保存R11的位置
extern pxCurrentTCB;
extern vTaskSwitchContext;//這個(gè)函數(shù)是用來尋找下一個(gè)要運(yùn)行的任務(wù)
PRESERVE8
mrs r0,psp //當(dāng)前任務(wù)棧psp指針存入r0，
isb
ldr r3,=pxCurrentTCB //r3=&pxCurrentTCB
ldr r2,[r3] //r2=*r3, 即r2=pxCurrentTCB
//以r0開始遞減的手動(dòng)保存r4-r11
stmdb r0!,{r4-r11}
//r0=*r2，此時(shí)r2=pxCurrentTCB，
//又結(jié)構(gòu)體第一個(gè)成員（棧頂指針）的地址和結(jié)構(gòu)體地址數(shù)值上是相同的，
//所以r0=*(&(pxCurrentTCB.pxTopOfStack)),即r0=pxCurrentTCB.pxTopOfStack，
//即r0此時(shí)指向當(dāng)前任務(wù)空閑棧頂位置
str r0,[r2]
//到這里上文就保存完成
//將r3、r14壓入棧保存起來（此時(shí)sp使用的是msp）
//r14要保存是因?yàn)榈认乱{(diào)用函數(shù)，避免r14被覆蓋無法從pendsv中斷正常返回
//r3要保存是因?yàn)閞3保存的是當(dāng)前正在運(yùn)行任務(wù)控制塊的二級(jí)指針&pxCurrentTCB，后面要通過r3來操作pxCurrentTCB來切到下文
stmdb sp!,{r3,r14}
//關(guān)中斷，閾值是configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
mov r0,#configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
msr basepri,r0
dsb
isb
//調(diào)用vTaskSwitchContext，功能是找到優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)，然后讓pxCurrentTCB = &優(yōu)先級(jí)最高任務(wù)TCB，我們這里手動(dòng)指定
bl vTaskSwitchContext
//開中斷
mov r0,#0
msr basepri,r0
//從msp中恢復(fù)r3、r14
ldmia sp!,{r3,r14}
//r1=*r3，此時(shí)r3=&pxCurrentTCB
//即r1=pxCurrentTCB
ldr r1,[r3]
//r0=*r1則r0=pxCurrentTCB.pxTopOfStack 理由前面講過
ldr r0,[r1]
//這里把pxCurrentTCB保存的需要手動(dòng)加載的值加載到內(nèi)核的r4-r11
ldmia r0!,{r4-r11}
//更新加載了r4-r11的任務(wù)棧到psp
msr psp,r0
isb
//返回，這里會(huì)以psp自動(dòng)加載保存了xPSR、R15、R14、R12、R3-R0值到內(nèi)核的xPSR、R15、R14、R12、R3-R0寄存器，所以返回的是pxCurrentTCB任務(wù)
bx r14
nop
}
這里為了簡(jiǎn)單手動(dòng)指定TCB
extern TCB_t Task1TCB;
extern TCB_t Task2TCB;
void vTaskSwitchContext(void)
{
if(pxCurrentTCB == &Task1TCB)
{
pxCurrentTCB = &Task2TCB;
}
else
{
pxCurrentTCB = &Task1TCB;
}
}
至此任務(wù)切換原理講完
main.c
extern List_t pxReadyTasksLists[configMAX_PRIORITIES];
portCHAR flag1;
portCHAR flag2;
TaskHandle_t Task1_Handle;
StackType_t Task1Stack[128];
TCB_t Task1TCB;
TaskHandle_t Task2_Handle;
StackType_t Task2Stack[128];
TCB_t Task2TCB;
void delay(uint32_t x)
{
for(;x!=0;x--);
}
void Task1_Fntry(void *arg)
{
while(1)
{
flag1=1;
delay(100);
flag1=0;
delay(100);
taskYIELD();//手動(dòng)觸發(fā)切換任務(wù)
}
}
void Task2_Fntry(void *arg)
{
while(1)
{
flag2=1;
delay(100);
flag2=0;
delay(100);
taskYIELD();//手動(dòng)觸發(fā)切換任務(wù)
}
}
int main(void)
{
//初始化就緒列表
prvInitialiseTaskLists();
//創(chuàng)建任務(wù)1
Task1_Handle = xTaskCreateStatic(Task1_Fntry,"task1",128,NULL,Task1Stack,&Task1TCB);
//將任務(wù)添加到就緒列表
vListInsertEnd(&pxReadyTasksLists[1],&((&Task1TCB)->xStateListItem));
//創(chuàng)建任務(wù)2
Task2_Handle = xTaskCreateStatic(Task2_Fntry,"task2",128,NULL,Task2Stack,&Task2TCB);
//將任務(wù)添加到就緒列表
vListInsertEnd(&pxReadyTasksLists[2],&((&Task2TCB)->xStateListItem));
//啟動(dòng)調(diào)度器
vTaskStartScheduler();
for(;;);
}
以上就是FreeRTOS實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的任務(wù)創(chuàng)建與任務(wù)切換的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于FreeRTOS任務(wù)創(chuàng)建與切換的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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