FreeRTOS筆記（八）任務切換
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上一文連結：FreeRTOS筆記（七）開啟排程器
在上一文中，提到了pxCurrentTCB會在任務建立和任務切換的時候被改變，並且查看了任務建立，現在再來檢視任務切換，FreeRTOS的任務切換依賴一個PendSV
PendSV，不得不提一個相關的中斷SVC。
01 - SVC和PendSV
1.1 - SVC中斷
SVC是系統服務呼叫，這是一個改名，在ARM7~ARM11這些系列中，系統服務呼叫稱為SWI，可以進入ARM處理器的其中一個異常模式，作業系統特權模式，在這個模式下可以操作任何硬體資源。
在ARM針對高效能低功耗的新系列CM3/4中，SWI被改名為SVC，只是名字變了，其餘內容都一樣。
1.2 - PendSV中斷
與SVC相關的是PendSV中斷，稱為可懸起的系統呼叫。兩者不同之處在於響應速度，SVC中斷是要求被立刻得到響應的，而PendSV
PendSV中斷可以先“懸起”，待其它重要中斷被執行完成後再處理它。
懸起PendSV的方法是：手工往NVIC的PendSV懸起暫存器中寫1，懸起後，如果優先順序不夠其它中斷高，則將延遲等待執行。
PendSV中斷這種可以被延遲執行的特性，非常適合用於任務切換。原因很簡單，當一個外部中斷正在被執行的時候，如果此時進行任務切換，意味著要先執行任務，而中斷要被延遲執行，這違背了FreeRTOS實時作業系統的概念，所以絕不允許在中斷活躍期進行任務切換。
一個簡單的解決辦法是使用SysTick週期性中斷進行任務切換，而在切換之前檢查是否有中斷執行，但是弊端在於，如果這個中斷的頻率和SysTick
改良的辦法是在
SysTick中斷裡面懸起PendSV中斷，等這些重要的中斷執行完成後，再進行任務切換，《M3 權威指南》中的一個圖片很好地解釋了這個過程
02 - 任務切換
2.1 - 上下文
任務切換的本質是任務上下文的切換，上文其實就是待切出任務（當前正在執行）的TCB和相關暫存器狀態，下文就是待切入（搶佔）任務的TCB和相關暫存器狀態。
暫存器是寶貴資源，某個時刻只能儲存某個任務的值，要使得當前任務的暫存器狀態得到保留，需要把當前的暫存器壓棧，恢復的時候再彈出到暫存器，這樣一個暫存器就可以不斷使用了。
2.2 - 切換場合
發生任務切換的場合有2個，一個是優先順序搶佔，另一個是時間片輪轉。在FreeRTOS中的表達為：
系統呼叫 ⇌ 優先順序搶佔
SysTick中斷 ⇌ 時間片輪轉
其中優先順序搶佔不一定是高優先順序搶佔，可能的情況還有任務呼叫系統API主動放棄CPU，讓其它任務先行等等。而時間片輪轉發生在相同優先順序的任務中，SysTick中斷是FreeRTOS的週期性中斷，每隔一段時間就會發生中斷，排程器需要在裡面執行一些自身的程式。
無論是哪個場合，最終都需要PendSV中斷的處理，比如系統呼叫taskYIELD()，跟蹤原始碼可以發現設定如下
taskYIELD()
portYIELD()
portNVIC_INT_CTRL_REG = portNVIC_PENDSVSET_BIT;
而跟蹤SysTick中斷服務函式最終也會發現有一樣的設定
SysTick_Handler()
xPortSysTickHandler();
portNVIC_INT_CTRL_REG = portNVIC_PENDSVSET_BIT;
最終都是portNVIC_INT_CTRL_REG = portNVIC_PENDSVSET_BIT，意思是手工往NVIC的PendSV懸起暫存器中寫1。
2.3 - PendSV_Handler
因為任務切換最終都會發生PendSV中斷，在PendSV中斷服務函式中進行，中斷服務函式為PendSV_Handler，但是在FreeRTOSConfig.h中被改名為xPortPendSVHandler，內容使用匯編編寫的，它主要的工作如下
比較關心的是改變pxCurrentTCB（回顧上一文），用到了一個函式vTaskSwitchContext()，呼叫層次下
vTaskSwitchContext()
taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK()
portGET_HIGHEST_PRIORITY() //得到高優先順序任務
listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY() //設定pxCurrentTCB
到此，在PendSV_Handler中斷服務函式中，就完成了任務的切換。
03 - 總結
- SVC中斷就是軟中斷，給使用者提供一個訪問硬體的介面
- PendSV中斷相對SVC來說，是可以被延遲執行的，用於任務切換
- 任務切換可以發生在系統呼叫中，也可以發生在時間片輪轉中
- 無論哪個情況，任務切換最終都會進入PendSV中斷服務函式
- 任務切換的過程為：儲存現場、跳轉到下一個任務、恢復現場