FreeRTOS高级篇2---FreeRTOS任务创建分析

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。

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。

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;
}

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。

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
}

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

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。

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。

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;
}

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();
    }
}

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

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。

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();
            }
        }
    }
时间： 2024-10-10 09:37:41

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