前言

在FreeRTOS基礎(chǔ)系列 FreeRTOS任務(wù)創(chuàng)建和刪除中介紹了任務(wù)創(chuàng)建API函數(shù)xTaskCreate()，我們這里先回顧一下這個函數(shù)的聲明：

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

這個API函數(shù)的作用是創(chuàng)建新的任務(wù)并將它加入到任務(wù)就緒列表，函數(shù)參數(shù)含義為：

pvTaskCode：函數(shù)指針，指向任務(wù)函數(shù)的入口。任務(wù)永遠不會返回（位于死循環(huán)內(nèi)）。該參數(shù)類型TaskFunction_t定義在文件projdefs.h中，定義為：typedef void(*TaskFunction_t)( void * )，即參數(shù)為空指針類型并返回空類型。

pcName：任務(wù)描述。主要用于調(diào)試。字符串的最大長度（包括字符串結(jié)束字符）由宏configMAX_TASK_NAME_LEN指定，該宏位于FreeRTOSConfig.h文件中。

usStackDepth：指定任務(wù)堆棧大小，能夠支持的堆棧變量數(shù)量（堆棧深度），而不是字節(jié)數(shù)。

比如，在16位寬度的堆棧下，usStackDepth定義為100，則實際使用200字節(jié)堆棧存儲空間。堆棧的寬度乘以深度必須不超過size_t類型所能表示的最大值。

比如，size_t為16位，則可以表示堆棧的最大值是65535字節(jié)。這是因為堆棧在申請時是以字節(jié)為單位的，申請的字節(jié)數(shù)就是堆棧寬度乘以深度，如果這個乘積超出size_t所表示的范圍，就會溢出，分配的堆棧空間也不是我們想要的。

pvParameters：指針，當(dāng)任務(wù)創(chuàng)建時，作為一個參數(shù)傳遞給任務(wù)。

uxPriority：任務(wù)的優(yōu)先級。具有MPU支持的系統(tǒng)，可以通過置位優(yōu)先級參數(shù)的portPRIVILEGE_BIT位，隨意的在特權(quán)（系統(tǒng)）模式下創(chuàng)建任務(wù)。

比如，創(chuàng)建一個優(yōu)先級為2的特權(quán)任務(wù)，參數(shù)uxPriority可以設(shè)置為 ( 2 | portPRIVILEGE_BIT )。

pvCreatedTask：用于回傳一個句柄（ID），創(chuàng)建任務(wù)后可以使用這個句柄引用任務(wù)。

雖然xTaskCreate()看上去很像函數(shù)，但其實是一個宏，真正被調(diào)用的函數(shù)是xTaskGenericCreate()，xTaskCreate()宏定義如下所示：

#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少了三個參數(shù)，在宏定義中，這三個參數(shù)被設(shè)置為NULL。這三個參數(shù)用于使用靜態(tài)變量的方法分配堆棧、任務(wù)TCB空間以及設(shè)置MPU相關(guān)的參數(shù)。

一般情況下，這三個參數(shù)是不使用的，所以任務(wù)創(chuàng)建宏xTaskCreate定義的時候，將這三個參數(shù)對用戶隱藏了。接下來的章節(jié)中，為了方便，我們還是稱xTaskCreate()為函數(shù)，雖然它是一個宏定義。

上面我們提到了任務(wù)TCB（任務(wù)控制塊），這是一個需要重點介紹的關(guān)鍵點。它用于存儲任務(wù)的狀態(tài)信息，包括任務(wù)運行時的環(huán)境。每個任務(wù)都有自己的任務(wù)TCB。

任務(wù)TCB是一個相對比較大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這也是情理之中的，因為與任務(wù)相關(guān)的代碼占到整個FreeRTOS代碼量的一半左右，這些代碼大都與任務(wù)TCB相關(guān)，我們先來介紹一下任務(wù)TCB數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義：

typedef struct tskTaskControlBlock
{
    volatile StackType_t    *pxTopOfStack; /*當(dāng)前堆棧的棧頂,必須位于結(jié)構(gòu)體的第一項*/
    #if ( portUSING_MPU_WRAPPERS == 1 )
        xMPU_SETTINGS   xMPUSettings;      /*MPU設(shè)置,必須位于結(jié)構(gòu)體的第二項*/
    #endif
    ListItem_t          xStateListItem; /*任務(wù)的狀態(tài)列表項，以引用的方式表示任務(wù)的狀態(tài)*/
    ListItem_t          xEventListItem;    /*事件列表項，用于將任務(wù)以引用的方式掛接到事件列表*/
    UBaseType_t         uxPriority;        /*保存任務(wù)優(yōu)先級，0表示最低優(yōu)先級*/
    StackType_t         *pxStack;           /*指向堆棧的起始位置*/
    char               pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ];/*任務(wù)名字*/
    #if ( portSTACK_GROWTH > 0 )
        StackType_t     *pxEndOfStack;     /*指向堆棧的尾部*/
    #endif
    #if ( portCRITICAL_NESTING_IN_TCB == 1 )
        UBaseType_t     uxCriticalNesting; /*保存臨界區(qū)嵌套深度*/
    #endif
    #if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )
        UBaseType_t     uxTCBNumber;       /*保存一個數(shù)值，每個任務(wù)都有唯一的值*/
        UBaseType_t     uxTaskNumber;      /*存儲一個特定數(shù)值*/
    #endif
    #if ( configUSE_MUTEXES == 1 )
        UBaseType_t     uxBasePriority;    /*保存任務(wù)的基礎(chǔ)優(yōu)先級*/
        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(wù)在運行狀態(tài)下執(zhí)行的總時間*/
    #endif
    #if ( configUSE_NEWLIB_REENTRANT == 1 )
        /* 為任務(wù)分配一個Newlibreent結(jié)構(gòu)體變量。Newlib是一個C庫函數(shù)，并非FreeRTOS維護，F(xiàn)reeRTOS也不對使用結(jié)果負責(zé)。如果用戶使用Newlib，必須熟知Newlib的細節(jié)*/
        struct _reent xNewLib_reent;
    #endif
    #if( configUSE_TASK_NOTIFICATIONS == 1 )
        volatile uint32_t ulNotifiedValue; /*與任務(wù)通知相關(guān)*/
        volatile uint8_t ucNotifyState;
    #endif
    #if( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 )
        uint8_t ucStaticAllocationFlags; /* 如果堆棧由靜態(tài)數(shù)組分配，則設(shè)置為pdTRUE，如果堆棧是動態(tài)分配的，則設(shè)置為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數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要成員：

指針pxTopOfStack必須位于結(jié)構(gòu)體的第一項，指向當(dāng)前堆棧的棧頂，對于向下增長的堆棧，pxTopOfStack總是指向最后一個入棧的項目。

如果使用MPU，xMPUSettings必須位于結(jié)構(gòu)體的第二項，用于MPU設(shè)置。

接下來是狀態(tài)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調(diào)度器使用，用于跟蹤任務(wù)，處于就緒、掛起、延時的任務(wù)，都會被掛接到各自的列表中。

調(diào)度器就是通過把任務(wù)TCB中的狀態(tài)列表項xStateListItem和事件列表項xEventListItem掛接到不同的列表中來實現(xiàn)上述過程的。

在task.c中，定義了一些靜態(tài)列表變量，其中有就緒、阻塞、掛起列表，例如當(dāng)某個任務(wù)處于就緒態(tài)時，調(diào)度器就將這個任務(wù)TCB的xStateListItem列表項掛接到就緒列表。

事件列表項也與之類似，當(dāng)隊列滿的情況下，任務(wù)因入隊操作而阻塞時，就會將事件列表項掛接到隊列的等待入隊列表上。

uxPriority用于保存任務(wù)的優(yōu)先級，0為最低優(yōu)先級。任務(wù)創(chuàng)建時，指定的任務(wù)優(yōu)先級就被保存到該變量中。

指針pxStack指向堆棧的起始位置，任務(wù)創(chuàng)建時會分配指定數(shù)目的任務(wù)堆棧，申請堆棧內(nèi)存函數(shù)返回的指針就被賦給該變量。

很多剛接觸FreeRTOS的人會分不清指針pxTopOfStack和pxStack的區(qū)別，這里簡單說一下：

pxTopOfStack指向當(dāng)前堆棧棧頂，隨著進棧出棧，pxTopOfStack指向的位置是會變化的；pxStack指向當(dāng)前堆棧的起始位置，一經(jīng)分配后，堆棧起始位置就固定了，不會被改變了。

那么為什么需要pxStack變量呢，這是因為隨著任務(wù)的運行，堆棧可能會溢出，在堆棧向下增長的系統(tǒng)中，這個變量可用于檢查堆棧是否溢出；

如果在堆棧向上增長的系統(tǒng)中，要想確定堆棧是否溢出，還需要另外一個變量pxEndOfStack來輔助診斷是否堆棧溢出，后面會講到這個變量。

字符數(shù)組pcTaskName用于保存任務(wù)的描述或名字，在任務(wù)創(chuàng)建時，由參數(shù)指定。

名字的長度由宏configMAX_TASK_NAME_LEN（位于FreeRTOSConfig.h中）指定，包含字符串結(jié)束標(biāo)志。

如果堆棧向上生長（portSTACK_GROWTH > 0），指針pxEndOfStack指向堆棧尾部，用于檢驗堆棧是否溢出。

變量uxCriticalNesting用于保存臨界區(qū)嵌套深度，初始值為0。

接下來兩個變量用于可視化追蹤，僅當(dāng)宏configUSE_TRACE_FACILITY（位于FreeRTOSConfig.h中）為1時有效。變量uxTCBNumber存儲一個數(shù)值，在創(chuàng)建任務(wù)時由內(nèi)核自動分配數(shù)值（通常每創(chuàng)建一個任務(wù)，值增加1），每個任務(wù)的uxTCBNumber值都不同，主要用于調(diào)試。

變量uxTaskNumber用于存儲一個特定值，與變量uxTCBNumber不同，uxTaskNumber的數(shù)值不是由內(nèi)核分配的，而是通過API函數(shù)vTaskSetTaskNumber()來設(shè)置的，數(shù)值由函數(shù)參數(shù)指定。

如果使用互斥量（configUSE_MUTEXES == 1），任務(wù)優(yōu)先級被臨時提高時，變量uxBasePriority用來保存任務(wù)原來的優(yōu)先級。

變量ucStaticAllocationFlags也需要說明一下，我們前面說過任務(wù)創(chuàng)建API函數(shù)xTaskCreate()只能使用動態(tài)內(nèi)存分配的方式創(chuàng)建任務(wù)堆棧和任務(wù)TCB，如果要使用靜態(tài)變量實現(xiàn)任務(wù)堆棧和任務(wù)TCB就需要使用函數(shù)xTaskGenericCreate()來實現(xiàn)。

如果任務(wù)堆棧或任務(wù)TCB由靜態(tài)數(shù)組和靜態(tài)變量實現(xiàn)，則將該變量設(shè)置為pdTRUE（任務(wù)堆棧空間由靜態(tài)數(shù)組變量實現(xiàn)時為0x01，任務(wù)TCB由靜態(tài)變量實現(xiàn)時為0x02，任務(wù)堆棧和任務(wù)TCB都由靜態(tài)變量實現(xiàn)時為0x03），如果堆棧是動態(tài)分配的，則將該變量設(shè)置為pdFALSE。

到這里任務(wù)TCB的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就講完了，下面我們用一個例子來講述任務(wù)創(chuàng)建的過程，為方便起見，假設(shè)被創(chuàng)建的任務(wù)叫“任務(wù)A”，任務(wù)函數(shù)為vTask_A()：

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

這里創(chuàng)建了一個任務(wù)，任務(wù)優(yōu)先級為1，由于硬件平臺是32為架構(gòu)，所以指定了120*4=480字節(jié)的任務(wù)堆棧，向任務(wù)函數(shù)vTask_A()傳遞的參數(shù)為空（NULL），任務(wù)句柄由變量xHandle保存。

當(dāng)這個語句執(zhí)行后，任務(wù)A被創(chuàng)建并加入就緒任務(wù)列表，我們這章的主要目的，就是看看這個語句在執(zhí)行過程中，發(fā)生了什么事情。

1.創(chuàng)建任務(wù)堆棧和任務(wù)TCB

調(diào)用函數(shù)prvAllocateTCBAndStack()創(chuàng)建任務(wù)堆棧和任務(wù)TCB。有兩種方式創(chuàng)建任務(wù)堆棧和任務(wù)TCB，一種是使用動態(tài)內(nèi)存分配方法，這樣當(dāng)任務(wù)刪除時，任務(wù)堆棧和任務(wù)控制塊空間會被釋放，可用于其它任務(wù)；

另一種是使用靜態(tài)變量來實現(xiàn)，在創(chuàng)建任務(wù)前定義好全局或者靜態(tài)堆棧數(shù)組和任務(wù)控制塊變量，在調(diào)用創(chuàng)建任務(wù)API函數(shù)時，將這兩個變量以參數(shù)的形式傳遞給任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)xTaskGenericCreate()。

如果使用默認的xTaskCreate()創(chuàng)建任務(wù)函數(shù)，則使用動態(tài)內(nèi)存分配，因為與靜態(tài)內(nèi)存分配有關(guān)的參數(shù)不可見（在本文一開始我們說過xTaskCreate()其實是一個帶參數(shù)的宏定義，真正被執(zhí)行的函數(shù)是xTaskGenericCreate()，參考宏xTaskCreate()的定義可以知道，xTaskCreate()對外隱藏了使用靜態(tài)內(nèi)存分配的參數(shù)，在調(diào)用xTaskGenericCreate()時，這些參數(shù)被設(shè)置為NULL）。

任務(wù)堆棧成功分配后，經(jīng)過對齊的堆棧起始地址被保存到任務(wù)TCB的pxStack字段。

如果使能堆棧溢出檢查或者使用可視化追蹤功能，則使用固定值tskSTACK_FILL_BYTE（0xa5）填充堆棧。

函數(shù)prvAllocateTCBAndStack()的源碼去除斷言和不常用的條件編譯后如下所示：

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?？臻g*/
    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 )
        {
            /* 將堆棧起始位置存入TCB*/
            pxNewTCB->pxStack = pxStack;
        }
        else
        {
            /* 如果TCB分配失敗，釋放之前申請的堆?？臻g */
            if( puxStackBuffer == NULL )
            {
                vPortFree( pxStack );
            }
        }
    }
    else
    {
        pxNewTCB = NULL;
    }
    if( pxNewTCB != NULL )
    {
        /* 如果需要，使用固定值填充堆棧 */
        #if( ( configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW> 1 ) || ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 ) || ( INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark== 1 ) )
        {
            /* 僅用于調(diào)試 */
            ( void ) memset( pxNewTCB->pxStack, ( int ) tskSTACK_FILL_BYTE, ( size_t ) usStackDepth * sizeof( StackType_t ) );
        }
        #endif
    }
    return pxNewTCB;
}

2.初始化任務(wù)TCB必要的字段

調(diào)用函數(shù)prvInitialiseTCBVariables()初始化任務(wù)TCB必要的字段。在調(diào)用創(chuàng)建任務(wù)API函數(shù)xTaskCreate()時，參數(shù)pcName（任務(wù)描述）、uxPriority（任務(wù)優(yōu)先級）都會被寫入任務(wù)TCB相應(yīng)的字段，TCB字段中的xStateListItem和xEventListItem列表項也會被初始化，初始化后的列表項如圖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(yīng)用中設(shè)置的最大優(yōu)先級數(shù)目（configMAX_PRIORITIES）為5，而xEventListItem. xItemValue等于configMAX_PRIORITIES減去任務(wù)A的優(yōu)先級（為1），即5-1=4。這一點很重要，在這里xItemValue不是直接保存任務(wù)優(yōu)先級，而是保存優(yōu)先級的補數(shù)，這意味著xItemValue的值越大，對應(yīng)的任務(wù)優(yōu)先級越小。

FreeRTOS內(nèi)核使用vListInsert函數(shù)（詳細見FreeRTOS進階列表和列表項示例分析）將事件列表項插入到一個列表，這個函數(shù)根據(jù)xItemValue的值的大小順序來進行插入操作。

使用宏listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY獲得列表中的第一個列表項的xItemValue值總是最小，也就是優(yōu)先級最高的任務(wù)！

圖2-1：初始化狀態(tài)和事件列表項

此外，TCB其它的一些字段也被初始化，比如臨界區(qū)嵌套次數(shù)、運行時間計數(shù)器、任務(wù)通知值、任務(wù)通知狀態(tài)等，函數(shù)prvInitialiseTCBVariables()的源碼如下所示：

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(wù)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;
        }
    }
    /* 確保字符串有結(jié)束 */
    pxTCB->pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN - 1 ] = '\0';
 
    /* 調(diào)整優(yōu)先級，宏configMAX_PRIORITIES的值在FreeRTOSConfig.h中設(shè)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 */
    /*初始化列表項*/
    vListInitialiseItem( &( pxTCB->xStateListItem ) );
    vListInitialiseItem( &( pxTCB->xEventListItem ) );
    /* 設(shè)置列表項xStateListItem的成員pvOwner指向當(dāng)前任務(wù)控制塊 */
    listSET_LIST_ITEM_OWNER( &( pxTCB->xStateListItem ), pxTCB );
    /* 設(shè)置列表項xEventListItem的成員xItemValue*/
    listSET_LIST_ITEM_VALUE( &( pxTCB->xEventListItem ), ( TickType_t ) configMAX_PRIORITIES - ( TickType_t ) uxPriority );
    /* 設(shè)置列表項xEventListItem的成員pvOwner指向當(dāng)前任務(wù)控制塊 */
    listSET_LIST_ITEM_OWNER( &( pxTCB->xEventListItem ), pxTCB );
    #if ( portCRITICAL_NESTING_IN_TCB ==1 )    /*使能臨界區(qū)嵌套功能*/
    {  
        pxTCB->uxCriticalNesting = ( UBaseType_t ) 0U;
    }
    #endif /* portCRITICAL_NESTING_IN_TCB */
    #if ( configUSE_APPLICATION_TASK_TAG == 1 ) /*使能任務(wù)標(biāo)簽功能*/
    {  
        pxTCB->pxTaskTag = NULL;
    }
    #endif /* configUSE_APPLICATION_TASK_TAG */
    #if ( configGENERATE_RUN_TIME_STATS == 1 )  /*使能事件統(tǒng)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 )/*使能線程本地存儲指針*/
    {
        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(wù)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.初始化任務(wù)堆棧

調(diào)用函數(shù)pxPortInitialiseStack()初始化任務(wù)堆棧，并將最新的棧頂指針賦值給任務(wù)TCB的pxTopOfStack字段。

調(diào)用函數(shù)pxPortInitialiseStack()后，相當(dāng)于執(zhí)行了一次系統(tǒng)節(jié)拍時鐘中斷:將一些重要寄存器入棧。雖然任務(wù)還沒開始執(zhí)行,也并沒有中斷發(fā)生,但看上去就像寄存器已經(jīng)被入棧了，并且部分堆棧值被修改成了我們需要的已知值。

對于不同的硬件架構(gòu)，入棧的寄存器也不相同，所以我們看到這個函數(shù)是由移植層提供的。對于Cortex-M3架構(gòu)，需要依次入棧xPSR、PC、LR、R12、R3~R0、R11~R4，假設(shè)堆棧是向下生長的，初始化后的堆棧如圖3-1所示。

在圖3-1中我們看到寄存器xPSR被初始為0x01000000，其中bit24被置1，表示使用Thumb指令；

寄存器PC被初始化為任務(wù)函數(shù)指針vTask_A，這樣當(dāng)某次任務(wù)切換后，任務(wù)A獲得CPU控制權(quán)，任務(wù)函數(shù)vTask_A被出棧到PC寄存器，之后會執(zhí)行任務(wù)A的代碼；

LR寄存器初始化為函數(shù)指針prvTaskExitError,這是由移植層提供的一個出錯處理函數(shù)。

當(dāng)中斷發(fā)生時，LR被設(shè)置成中斷要返回的地址，但是每個任務(wù)都是一個死循環(huán)，正常情況下不應(yīng)該退出任務(wù)函數(shù)，所以一旦從任務(wù)函數(shù)退出，說明那里出錯了，這個時候會調(diào)用寄存器LR指向的函數(shù)來處理這個錯誤，即prvTaskExitError；

根據(jù)ATPCS（ARM-Thumb過程調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)），我們知道子函數(shù)調(diào)用通過寄存器R0~R3傳遞參數(shù)，在文章的最開始講xTaskCreate()函數(shù)時，提到這個函數(shù)有一個空指針類型的參數(shù)pvParameters，當(dāng)任務(wù)創(chuàng)建時，它作為一個參數(shù)傳遞給任務(wù)，所以這個參數(shù)被保存到R0中，用來向任務(wù)傳遞參數(shù)。

任務(wù)TCB結(jié)構(gòu)體成員pxTopOfStack表示當(dāng)前堆棧的棧頂，它指向最后一個入棧的項目，所以在圖中它指向R4，TCB結(jié)構(gòu)體另外一個成員pxStack表示堆棧的起始位置，所以在圖中它指向堆棧的最開始處。

圖3-1：初始化任務(wù)堆棧

4.進入臨界區(qū)

調(diào)用taskENTER_CRITICAL()進入臨界區(qū)，這是一個宏定義，最終進入臨界區(qū)的代碼由移植層提供。

5.當(dāng)前任務(wù)數(shù)量增加1

在tasks.c中 ，定義了一些靜態(tài)私有變量，用來跟蹤任務(wù)的數(shù)量或者狀態(tài)等等，其中變量uxCurrentNumberOfTasks表示當(dāng)前任務(wù)的總數(shù)量，每創(chuàng)建一個任務(wù)，這個變量都會增加1。

6.為第一次運行做必要的初始化

如果這是第一個任務(wù)（uxCurrentNumberOfTasks等于1），則調(diào)用函數(shù)prvInitialiseTaskLists()初始化任務(wù)列表。FreeRTOS使用列表來跟蹤任務(wù)，在tasks.c中，定義了靜態(tài)類型的列表變量：

PRIVILEGED_DATAstatic List_t pxReadyTasksLists[ configMAX_PRIORITIES ];/*按照優(yōu)先級排序的就緒態(tài)任務(wù)*/
PRIVILEGED_DATAstatic List_t xDelayedTaskList1;                        /*延時的任務(wù) */
PRIVILEGED_DATAstatic List_t xDelayedTaskList2;                        /*延時的任務(wù) */
PRIVILEGED_DATAstatic List_t xPendingReadyList;                        /*任務(wù)已就緒,但調(diào)度器被掛起 */
#if (INCLUDE_vTaskDelete == 1 )
    PRIVILEGED_DATA static List_t xTasksWaitingTermination;             /*任務(wù)已經(jīng)被刪除,但內(nèi)存尚未釋放*/
#endif
#if (INCLUDE_vTaskSuspend == 1 )
    PRIVILEGED_DATA static List_t xSuspendedTaskList;                   /*當(dāng)前掛起的任務(wù)*/
#endif

現(xiàn)在這些列表都要進行初始化，會調(diào)用API函數(shù)vListInitialise()初始化列表，這個函數(shù)在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(tài)列表pxReadyTasksLists[0]為例，初始化后如圖6-1所示：

圖6-1：初始化后的列表

函數(shù)prvInitialiseTaskLists()的源代碼如下所示：

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;
}

7.更新當(dāng)前正在運行的任務(wù)TCB指針

tasks.c中定義了一個任務(wù)TCB指針型變量：

PRIVILEGED_DATA TCB_t * volatile pxCurrentTCB= NULL;

這是一個全局變量，在tasks.c中只定義了這一個全局變量。這個變量用來指向當(dāng)前正在運行的任務(wù)TCB，我們需要多了解一下這個變量。

FreeRTOS的核心是確保處于優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)獲得CPU運行權(quán)。在下一章講述任務(wù)切換時會知道，任務(wù)切換就是找到優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)，而找出的這個最高優(yōu)先級任務(wù)的TCB，就被賦給變量pxCurrentTCB。

如果調(diào)度器還沒有準(zhǔn)備好（程序剛開始運行時，可能會先創(chuàng)建幾個任務(wù)，之后才會啟動調(diào)度器），并且新創(chuàng)建的任務(wù)優(yōu)先級大于變量pxCurrentTCB指向的任務(wù)優(yōu)先級，則設(shè)置pxCurrentTCB指向當(dāng)前新創(chuàng)建的任務(wù)TCB（確保pxCurrentTCB指向優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)）。

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

8.將新創(chuàng)建的任務(wù)加入就緒列表數(shù)組

調(diào)用prvAddTaskToReadyList(pxNewTCB)將創(chuàng)建的任務(wù)TCB加入到就緒列表數(shù)組中，任務(wù)的優(yōu)先級確定了加入到就緒列表數(shù)組的哪個下標(biāo)。比如我們新創(chuàng)建的任務(wù)優(yōu)先級為1，則這個任務(wù)被加入到列表pxReadyTasksLists[1]中。

prvAddTaskToReadyList()其實是一個宏，由一系列語句組成，去除其中的跟蹤宏外，這個宏定義如下所示：

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

宏taskRECORD_READY_PRIORITY()用來更新變量uxTopReadyPriority，這個變量在tasks.c中定義為靜態(tài)變量，記錄處于就緒態(tài)的最高任務(wù)優(yōu)先級。這個變量參與了FreeRTOS的最核心代碼：確保處于優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)獲得CPU運行權(quán)。它在這里參與如何最快的找到優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)。為了最快，不同的架構(gòu)會各顯神通，一些架構(gòu)還有特殊指令可用，所以這個宏由移植層提供。我們會在下一章介紹任務(wù)切換時，以Cortex-M3架構(gòu)為例，詳細介紹如何最快的找到優(yōu)先級最高的就緒任務(wù)。

函數(shù)vListInsertEnd()將列表項插入到列表末端，在FreeRTOS進階列表和列表項示例分析中已經(jīng)提到過，這里會結(jié)合著例子再看一下這個函數(shù)。

從前面我們直到，在調(diào)用函數(shù)vListInsertEnd()之前，就緒列表pxReadyTasksLists[1]和任務(wù)TCB的狀態(tài)列表項xStateListItem都已經(jīng)初始化好了，見圖6-1和圖2-1，為了方便查看，我們將這兩幅圖合成一副，見圖8-1。

圖8-1：初始化后的列表和列表項

調(diào)用vListInsertEnd(a，b)會將列表項b，插入到列表a的后面，函數(shù)執(zhí)行完畢后，列表和列表項的關(guān)系如圖8-2所示。

圖8-2：插入一個列表項后的列表

在此基礎(chǔ)上，假設(shè)又創(chuàng)建了任務(wù)B，任務(wù)A和任務(wù)B優(yōu)先級相同，都為1。和任務(wù)A一樣，任務(wù)B也有它自己的任務(wù)TCB，其中的狀態(tài)列表項字段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。

圖8-3：相同優(yōu)先級就緒列表掛接兩個列表項

9.退出臨界區(qū)

調(diào)用taskEXIT_CRITICAL()退出臨界區(qū)，這是一個宏定義，最終退出臨界區(qū)的代碼由移植層提供。

10.執(zhí)行上下文切換

如果上面的步驟都正確執(zhí)行，并且調(diào)度器也開始工作，則判斷當(dāng)前任務(wù)的優(yōu)先級是否大于新創(chuàng)建的任務(wù)優(yōu)先級。如果新創(chuàng)建的任務(wù)優(yōu)先級更高，則調(diào)用taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION()強制進行一次上下文切換，切換后，新創(chuàng)建的任務(wù)將獲得CPU控制權(quán)，精簡后的代碼如下所示。

 if( xReturn == pdPASS )
    {
        if( xSchedulerRunning != pdFALSE )
        {
            /* 如果新創(chuàng)建的任務(wù)優(yōu)先級大于當(dāng)前任務(wù)優(yōu)先級，則新創(chuàng)建的任務(wù)應(yīng)該被立即執(zhí)行。*/
            if(pxCurrentTCB->uxPriority < uxPriority )
            {
                taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION();
            }
        }
    }

以上就是FreeRTOS進階之任務(wù)創(chuàng)建完全解析的詳細內(nèi)容，更多關(guān)于FreeRTOS進階任務(wù)創(chuàng)建分析的資料請關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！

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