【连载】从单片机到操作系统④——FreeRTOS创建任务&开启调度详解

创客的兄弟姐妹们大家好，我是杰杰。又到了更新的时候了。听首歌缓解一下心情。
开始今天的内容之前，先补充一下上篇文章的一点点遗漏的知识点。 1BaseType_t xTaskCreate(       TaskFunction_t pvTaskCode,
2                              const char * const pcName,
3                              uint16_t usStackDepth,
4                              void *pvParameters,
5                              UBaseType_t uxPriority,
6                              TaskHandle_t *pvCreatedTask
7                          );
8创建任务中的堆栈大小问题，在task.h中有这样子的描述：
9/**
10* @param usStackDepth The size of the task stack specified as the number of variables the stack * can hold - not the number of bytes.  For example, if the stack is 16 bits wide and  
11* usStackDepth is defined as 100, 200 byteswill be allocated for stack storage.
12*/代码可左右滑动
  当任务创建时，内核会分为每个任务分配属于任务自己的唯一堆栈。usStackDepth 值用于告诉内核为它应该分配多大的栈空间。这个值指定的是栈空间可以保存多少个字(word) ，而不是多少个字节(byte)。文档也有说明，如果是16位宽度的话，假如usStackDepth = 100；那么就是200个字节（byte）。当然，我用的是STM32，32位宽度的， usStackDepth=100；那么就是400个字节（byte）。   好啦，补充完毕。下面正式开始我们今天的主题。

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  我自己学的是应用层的东西，很多底层的东西我也不懂，水平有限，出错了还请多多包涵。  其实我自己写文章的时候也去跟着火哥的书看着底层的东西啦，但是本身自己也是不懂，不敢乱写。所以，这个《从单片机到操作系统》系列的文章，我会讲一点底层，更多的是应用层，主要是用的方面。 按照一般的写代码的习惯，在main函数里面各类初始化完毕了，并且创建任务成功了，那么，可以开启任务调度了。 1int main(void)
2{
3    NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);//设置系统中断优先级分组4   
4    Delay_Init();                       //延时函数初始化     
5    Uart_Init(115200);                  //初始化串口
6    LED_Init();                     //初始化LED
7    KEY_Init();
8    //创建开始任务
9    xTaskCreate((TaskFunction_t )start_task,            //任务函数
10                (const char*    )"start_task",          //任务名称
11                (uint16_t       )START_STK_SIZE,        //任务堆栈大小
12                (void*          )NULL,                  //传递给任务函数的参数
13                (UBaseType_t    )START_TASK_PRIO,       //任务优先级
14                (TaskHandle_t*  )&StartTask_Handler);   //任务句柄              
15    vTaskStartScheduler();          //开启任务调度
16}

  来大概看看分析一下创建任务的过程，虽然说会用就行，但是也是要知道了解一下的。注意：下面说的创建任务均为xTaskCreate（动态创建）而非静态创建。 1pxStack = ( StackType_t * ) pvPortMalloc( ( ( ( size_t ) usStackDepth ) * sizeof( StackType_t ) ) );
2/*lint !e961 MISRA exception as the casts are only redundant for some ports. */
3            if( pxStack != NULL )
4            {
5                /* Allocate space for the TCB. */
6                pxNewTCB = ( TCB_t * ) pvPortMalloc( sizeof( TCB_t ) );
7                /*lint !e961 MISRA exception as the casts are only redundant for some paths. */
8                if( pxNewTCB != NULL )
9                {
10                    /* Store the stack location in the TCB. */
11                    pxNewTCB->pxStack = pxStack;
12                }
13                else
14                {
15                    /* The stack cannot be used as the TCB was not created.  Free
16                    it again. */
17                    vPortFree( pxStack );
18                }
19            }
20            else
21            {
22                pxNewTCB = NULL;
23            }
24        }  首先是利用pvPortMalloc给任务的堆栈分配空间，if( pxStack != NULL )如果内存申请成功，就接着给任务控制块申请内存。pxNewTCB = ( TCB_t * ) pvPortMalloc( sizeof( TCB_t ) );同样是使用pvPortMalloc();如果任务控制块内存申请失败则释放 之前已经申请成功的任务堆栈的内存vPortFree( pxStack );  然后就初始化任务相关的东西，并且将新初始化的任务控制块添加到列表中prvAddNewTaskToReadyList( pxNewTCB );  最后返回任务的状态，如果是成功了就是pdPASS，假如失败了就是返回errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY; 1prvInitialiseNewTask(     pxTaskCode,
2                          pcName,
3                         ( uint32_t ) usStackDepth,
4                          pvParameters,
5                          uxPriority,
6                         pxCreatedTask,
7                          pxNewTCB,
8                         NULL );
9            prvAddNewTaskToReadyList( pxNewTCB );
10            xReturn = pdPASS;
11        }
12        else
13        {
14            xReturn = errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY;
15        }
16        return xReturn;
17    }
18// 相关宏定义
19#define pdPASS            ( pdTRUE )
20#define pdTRUE            ( ( BaseType_t ) 1 )
21/* FreeRTOS error definitions. */
22#define errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY    ( -1 )

  具体的static void prvInitialiseNewTask(()实现请参考FreeRTOS的tasks.c文件的767行代码。具体的static void prvAddNewTaskToReadyList( TCB_t *pxNewTCB )实现请参考FreeRTOS的tasks.c文件的963行代码。
  因为这些是tasks.c中的静态的函数，仅供xTaskCreate创建任务内部调用的，我们无需理会这些函数的实现过程，当然如果需要请自行了解。
创建完任务就开启任务调度了：1vTaskStartScheduler();          //开启任务调度

在任务调度里面，会创建一个空闲任务（我们将的都是动态创建任务，静态创建其实一样的） 1xReturn = xTaskCreate(    prvIdleTask,
2                          "IDLE", configMINIMAL_STACK_SIZE,
3                          ( void * ) NULL,
4                          ( tskIDLE_PRIORITY | portPRIVILEGE_BIT ),
5                          &xIdleTaskHandle );
6/*lint !e961 MISRA exception, justified as it is not a redundant explicit cast to all supported compilers. */
7    }
8相关宏定义：
9#define tskIDLE_PRIORITY            ( ( UBaseType_t ) 0U )
10#ifndef portPRIVILEGE_BIT
11    #define portPRIVILEGE_BIT ( ( UBaseType_t ) 0x00 )
12#endif
13#define configUSE_TIMERS                        1                              
14 //为1时启用软件定时器
从上面的代码我们可以看出，空闲任务的优先级是tskIDLE_PRIORITY为0，也就是说空闲任务的优先级最低。当CPU没事干的时候才执行空闲任务，以待随时切换优先级更高的任务。如果使用了软件定时器的话，我们还需要创建定时器任务，创建的函数是：1#if ( configUSE_TIMERS == 1 )
2    BaseType_t xTimerCreateTimerTask( void )
3然后还要把中断关一下1portDISABLE_INTERRUPTS();
至于为什么关中断，也有说明： 1/* Interrupts are turned off here, toensure a tick does not occur
2before or during the call toxPortStartScheduler().  The stacks of
3the created tasks contain a status wordwith interrupts switched on
4so interrupts will automatically getre-enabled when the first task
5starts to run. */
6/ *中断在这里被关闭，以确保不会发生滴答
7在调用xPortStartScheduler（）之前或期间。堆栈
8创建的任务包含一个打开中断的状态字
9因此中断将在第一个任务时自动重新启用
10开始运行。*/

那么如何打开中断呢？？？？这是个很重要的问题别担心，我们在SVC中断服务函数里面就会打开中断的看代码： 1__asm void vPortSVCHandler( void )
2{
3         PRESERVE8
4         ldr    r3, =pxCurrentTCB  /* Restore the context. */
5         ldrr1, [r3]                            /* UsepxCurrentTCBConst to get the pxCurrentTCB address. */
6         ldrr0, [r1]                            /* Thefirst item in pxCurrentTCB is the task top of stack. */
7         ldmiar0!, {r4-r11}             /* Pop theregisters that are not automatically saved on exception entry and the criticalnesting count. */
8         msrpsp, r0                                   /*Restore the task stack pointer. */
9         i***
10         movr0, #0
11         msr  basepri, r0
12         orrr14, #0xd
13         bxr14
14}
1msr  basepri, r0
  就是它把中断打开的。看不懂没所谓，我也不懂汇编，看得懂知道就好啦。 1xSchedulerRunning = pdTRUE;
任务调度开始运行 1/* If configGENERATE_RUN_TIME_STATS isdefined then the following
2macro must be defined to configure thetimer/counter used to generate
3the run time counter time base. */
4portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS();
如果configGENERATE_RUN_TIME_STATS使用时间统计功能，这个宏为1，那么用户必须实现一个宏portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS();用来配置一个定时器或者计数器。 来到我们的重点了，开启任务调度，那么任务到这了就不会返回了。1if( xPortStartScheduler() != pdFALSE )
2                   {
3                            /*Should not reach here as if the scheduler is running the
4                            functionwill not return. */
5                   }然后就能开启第一个任务了，感觉好难是吧，我一开始也是觉得的，但是写了这篇文章，觉得还行吧，也不算太难，可能也是在查看代码跟别人的书籍吧，写东西其实还是蛮好的，能加深理解，写过文章的人就知道，懂了不一定能写出来，所以，我还是很希望朋友们能投稿的。杰杰随时欢迎。。。 开始任务就按照套路模板添加自己的代码就好啦，很简单的。先创建任务： 1 xTaskCreate((TaskFunction_t )led0_task,   
2                (const char*    )"led0_task",  
3                (uint16_t       )LED0_STK_SIZE,
4                (void*          )NULL,                                    
5                (UBaseType_t    )LED0_TASK_PRIO,   
6                (TaskHandle_t*  )&LED0Task_Handler);  
7   //创建LED1任务
8   xTaskCreate((TaskFunction_t )led1_task,   
9                (const char*    )"led1_task",  
10                (uint16_t       )LED1_STK_SIZE,
11                (void*          )NULL,
12                (UBaseType_t    )LED1_TASK_PRIO,
13                (TaskHandle_t*  )&LED1Task_Handler);      
创建完任务就开启任务调度：1vTaskStartScheduler();          //开启任务调度
然后具体实现任务函数：  1//LED0任务函数
2void led0_task(void *pvParameters)
3{
4   while(1)
5    {
6       LED0=~LED0;
7       vTaskDelay(500);
8    }
9}  
10//LED1任务函数
11void led1_task(void *pvParameters)
12{
13   while(1)
14    {
15       LED1=0;
16       vTaskDelay(200);
17       LED1=1;
18       vTaskDelay(800);
19    }
20}

好啦，今天的介绍到这了为止，后面还会持续更新，敬请期待哦~
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