FreeRTOS學習記錄----任務切換
首先，先上結構圖，請對照程式碼理解。
（一）什麼是任務切換？
任務切換就是在就緒列表裡面尋找優先順序最高的就緒任務，然後執行該任務。
（二）任務什麼時候切換？
1）、當執行系統呼叫的時候，進行任務切換。
2）、當發生滴答定時器（systick）中斷的時候，進行任務切換。
情況1：執行系統呼叫時
所謂的系統呼叫就是指執行taskYIELD()函式。taskYIELD()是一個巨集。
#define taskYIELD() portYIELD()
接著往下看 portYIELD()函式，它也是一個巨集。
#define portYIELD() { portNVIC_INT_CTRL_REG= portNVIC_PENDSVSET_BIT; __dsb( portSY_FULL_READ_WRITE ); __isb( portSY_FULL_READ_WRITE ); }
通過向中斷控制和狀態暫存器ICSR的bit28寫入1掛起PendSV，來啟動PendSV中斷。portNVIC_PENDSVSET_BIT 的值為如下巨集定義。
#define portNVIC_PENDSVSET_BIT ( 1UL << 28UL )
情況2：發生滴答定時器（systick）中斷的時候
OK，第一種情況很簡單，來看看第二種情況，
void SysTick_Handler(void) { if(xTaskGetSchedulerState()!=taskSCHEDULER_NOT_STARTED)//系統已經執行 { xPortSysTickHandler(); } }
定時器中斷中，呼叫了 xPortSysTickHandler()函式。此函式具體如下：
void xPortSysTickHandler( void ) { vPortRaiseBASEPRI(); //關閉中斷 { if( xTaskIncrementTick() != pdFALSE ) //增加時鐘計數器 xTickCount 的值 { portNVIC_INT_CTRL_REG = portNVIC_PENDSVSET_BIT; //置為ICSR暫存器bit28來掛起PendSV異常。 } } vPortClearBASEPRIFromISR(); //開啟中斷 }
可以看出 xPortSysTickHandler()函式，和portYIELD()函式是通過一樣的方法來啟動任務切換的。
（三）如何進行任務切換？
PendSV中斷中的xPortPendSVHandler（）是真正實現任務切換的地方，我們來看看原始碼：
__asm void xPortPendSVHandler( void ) { extern uxCriticalNesting; extern pxCurrentTCB; extern vTaskSwitchContext; PRESERVE8 //棧的8位元組對齊 mrs r0, psp //讀取當前psp程序指標，存入r0 isb /* 獲取當前任務控制塊 */ ldr r3, =pxCurrentTCB //把pxCurrentTCB的地址給R3,（注意pxCurrrentTCB本身是指標變數），所以r3是地址的地址。 ldr r2, [r3] //把r3地址中的值給r2，r2中就儲存當前的任務控制塊 stmdb r0!, {r4-r11, r14} // 以R0為基地址，依次向下遞減，將暫存器r4-r11儲存到任務棧。 /* 儲存最新的棧頂指標到當前任務控制塊的第一欄位*/ str r0, [r2] //把r0的值存入r2的地址，相當於*r2 = r0 stmdb sp!, {r3} //將暫存器R3的值臨時壓棧，暫存器r3中仍然儲存著當前任務的任務控制塊， //而接下來要呼叫函式vTaskSwitchContext，防止r3的值被改寫，故臨時壓棧 mov r0, #configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY msr basepri, r0 //關中斷，進入臨界區 dsb isb bl vTaskSwitchContext //呼叫函式vTaskSwitchContext，此函式用來獲取下一個要執行的任務，並將pxCurrentTCB更新為要執行的這個任務 mov r0, #0 msr basepri, r0 //開中斷，退出臨界區 ldmia sp!, {r3} //剛剛儲存的暫存器R3的值出棧，恢復暫存器R3的值。注意，經過呼叫函式vTaskSwitchContext，此時 //pxCurrentTCB的值已經改變了，所以讀取R3所儲存的地址處的資料就會發現其值改變了，成 //為了下一個要執行的任務的任務控制塊。 ldr r1, [r3] ldr r0, [r1] //獲取新的執行任務的棧頂，並存到r0中去 /* 出棧核心暫存器中的值 */ ldmia r0!, {r4-r11, r14} //含義:：依次出棧 ，將任務棧的值依次出棧賦值給r4-r11。地址向上遞增。 msr psp, r0 //更新程序棧指標PSP的值 isb bx r14 //執行此行程式碼以後硬體自動恢復暫存器R0~R3、R12、LR、PC和xPSR的值，
確定異常返回以後應該進入處理器模式還是程序模式，使用主棧指標(MSP)還是程序棧指標(PSP)。
很明顯這裡會進入程序模式，並且使用程序棧指標(PSP)， 暫存器PC值會被恢復為即將執行的任務的任務函式，新的任務開始執行!
}
ok。這段PendSV中斷服務函式還是比較難以理解的，不懂的可以跳過。接下來看看呼叫的vTaskSwitchContext()來獲取下一個要執行的任務是怎麼操作的。
void vTaskSwitchContext( void ) { if( uxSchedulerSuspended != ( UBaseType_t ) pdFALSE ) //如果任務排程器掛起，那麼不進行任務切換 { xYieldPending = pdTRUE; } else { xYieldPending = pdFALSE; traceTASK_SWITCHED_OUT();
taskCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW();
taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK(); //呼叫函式 taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK()獲取下一個要執行的任務。
traceTASK_SWITCHED_IN();
}
}
taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK()本質上是一個巨集，在 tasks.c 中有定義。
FreeRTOS 中查詢下一個要執行的任務有兩種方法：一個是通用的方法，另外一個就是使用
硬體的方法，這個在我們講解 FreeRTOSCofnig.h 檔案的時候就提到過了，至於選擇哪種方法通
過巨集 configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION 來決定的。當這個巨集為 1 的時候就使
用硬體的方法，否則的話就是使用通用的方法。
1、通用方法：
#define taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK() { UBaseType_t uxTopPriority = uxTopReadyPriority; while( listLIST_IS_EMPTY( &( pxReadyTasksLists[ uxTopPriority ] ) ) ) { configASSERT( uxTopPriority ); --uxTopPriority; } listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY( pxCurrentTCB, &( pxReadyTasksLists[ uxTopPriority ] ) );
uxTopReadyPriority = uxTopPriority; }
pxReadyTasksLists[]為就緒任務列表陣列，每一個優先順序都有一個就緒列表。通用方法就是通過while迴圈，從最高優先順序 uxTopReadyPriority開始，
迴圈判斷就緒列表中，哪個不為空。然後再將 uxTopPriority遞減，並且記錄有就緒任務的優先順序。
找到了有就緒任務的優先順序之後，接下來呼叫 listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY（）來獲得列表中的一個列表項，然後將獲得列表項所獲取到的任務控制塊給pxCurrentTCB，這樣就找到了下一個要執行的任務。
這種方法對於任務的數量沒有限制，效率不高。
2、硬體方法：
#define taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK() { UBaseType_t uxTopPriority;
portGET_HIGHEST_PRIORITY( uxTopPriority, uxTopReadyPriority); //獲取處於就緒態的最高優先順序；
configASSERT( listCURRENT_LIST_LENGTH( & ( pxReadyTasksLists[ uxTopPriority ] ) )> 0 );
listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY( pxCurrentTCB, &( pxReadyTasksLists[ uxTopPriority ] ) ); //這一步與通用方法一樣；獲得列表中的列表項，
//然後獲取相應的任務控制塊給pxCurrrentTCB; }
portGET_HIGHEST_PRIORITY 本質上是個巨集，定義如下
#define portGET_HIGHEST_PRIORITY( uxTopPriority, uxReadyPriorities ) uxTopPriority = ( 31UL- ( uint32_t ) __clz( ( uxReadyPriorities ) ) )
注意使用硬體方法的時候，uxTopReadyPriority 就不代表處於就緒態的最高優先順序了，而是每個bit 代表一個優先順序，bit0 代表優先順序0,當某個優先順序有任務的話，就將相應的bit置為1。
__clz(uxReadyPriorities)就是計算 uxReadyPriorities 的前導零個數，前導零個數就是指從最高位開始(bit31)到第一個為 1 的 bit，其間 0 的個數。然後用31減去前導0個數，就得到處於就緒態的最高優先順序了。