本文是《ALIENTEK STM32F429 FreeRTOS 开发教程》第八章学习笔记-1
第一章笔记–FreeRTOS简介与源码下载
第二章笔记–FreeRTOS在STM32F4上移植
第三章笔记-FreeRTOS系统配置
第四章笔记-FreeRTOS中断分析
第四章笔记补充-FreeRTOS临界段代码
第五章笔记-FreeRTOS任务基础
第六章笔记-FreeRTOS任务API函数的使用
第七章笔记-FreeRTOS列表和列表项

任务创建

1. 任务创建函数

FreeRTOS使用函数xTaskCreate()和xTaskCreateStatic()分别动态和静态创建任务

xTaskCreate()的源代码在tasks.c中:

#if( configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION == 1 )BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode,const char * const pcName,const uint16_t usStackDepth,void * const pvParameters,UBaseType_t uxPriority,TaskHandle_t * const pxCreatedTask ){TCB_t *pxNewTCB;BaseType_t xReturn;#if( portSTACK_GROWTH > 0 ){pxNewTCB = ( TCB_t * ) pvPortMalloc( sizeof( TCB_t ) );if( pxNewTCB != NULL ){pxNewTCB->pxStack = ( StackType_t * ) pvPortMalloc( ( ( ( size_t ) usStackDepth ) * sizeof( StackType_t ) ) ); if( pxNewTCB->pxStack == NULL ){vPortFree( pxNewTCB );pxNewTCB = NULL;}}}#else /* portSTACK_GROWTH */{StackType_t *pxStack;pxStack = ( StackType_t * ) pvPortMalloc( ( ( ( size_t ) usStackDepth ) * sizeof( StackType_t ) ) );if( pxStack != NULL ){pxNewTCB = ( TCB_t * ) pvPortMalloc( sizeof( TCB_t ) );if( pxNewTCB != NULL ){pxNewTCB->pxStack = pxStack;}else{vPortFree( pxStack );}}else{pxNewTCB = NULL;}}#endif /* portSTACK_GROWTH */if( pxNewTCB != NULL ){#if( tskSTATIC_AND_DYNAMIC_ALLOCATION_POSSIBLE != 0 ){pxNewTCB->ucStaticallyAllocated = tskDYNAMICALLY_ALLOCATED_STACK_AND_TCB;}#endif /* configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION */prvInitialiseNewTask( pxTaskCode, pcName, ( uint32_t ) usStackDepth, pvParameters, uxPriority, pxCreatedTask, pxNewTCB, NULL );prvAddNewTaskToReadyList( pxNewTCB );xReturn = pdPASS;}else{xReturn = errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY;}return xReturn;}#endif /* configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION */

if( configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION == 1 )：可以看出使用此函数进行任务创建时必须将支持动态内存宏定为1

if( portSTACK_GROWTH > 0 )：如果宏定义堆栈向上增长则执行接下来的代码，portSTACK_GROWTH在portmacro.h里有宏定义

pxNewTCB = ( TCB_t * ) pvPortMalloc( sizeof( TCB_t ) );
if( pxNewTCB != NULL ){pxNewTCB->pxStack = ( StackType_t * ) pvPortMalloc( ( ( ( size_t ) usStackDepth ) * sizeof( StackType_t ) ) ); if( pxNewTCB->pxStack == NULL ){vPortFree( pxNewTCB );pxNewTCB = NULL;}}

先使用函数pvPortMalloc()给任务控制块申请内存，如果成功的话，再给人物的任务堆栈申请内存，如果申请失败释放任务控制块内存

#else /* portSTACK_GROWTH */{StackType_t *pxStack;pxStack = ( StackType_t * ) pvPortMalloc( ( ( ( size_t ) usStackDepth ) * sizeof( StackType_t ) ) );if( pxStack != NULL ){pxNewTCB = ( TCB_t * ) pvPortMalloc( sizeof( TCB_t ) );if( pxNewTCB != NULL ){pxNewTCB->pxStack = pxStack;}else{vPortFree( pxStack );}}else{pxNewTCB = NULL;}}
#endif /* portSTACK_GROWTH */

这段代码表示若向下增长堆栈时，先申请任务堆栈内存，再申请任务控制块内存

pxNewTCB->ucStaticallyAllocated=tskDYNAMICALLY_ALLOCATED_STACK_AND_TCB：标记任务堆栈和任务控制块是使用动态内存分配方法得到的

prvInitialiseNewTask( pxTaskCode, pcName, ( uint32_t ) usStackDepth, pvParameters, uxPriority, pxCreatedTask, pxNewTCB, NULL )：使用函数prvInitialiseNewTask()初始化任务，完成对任务控制块中各个字段的初始化工作

prvAddNewTaskToReadyList( pxNewTCB )：将新创建的任务加入到就绪表中

2. 任务初始化函数

static void prvInitialiseNewTask(   TaskFunction_t pxTaskCode,const char * const pcName,const uint32_t ulStackDepth,void * const pvParameters,UBaseType_t uxPriority,TaskHandle_t * const pxCreatedTask,TCB_t *pxNewTCB,const MemoryRegion_t * const xRegions )

任务初始化代码较多，只列出了函数定义，之后重点分析当中代码，源代码在tasks.c中

参数：pxTaskCode：任务函数；pcName：任务名称；ulStackDepth：任务堆栈大小，从任务创建函数中强制转化成uint32_t格式传入任务初始化函数；pvParameters：传递给任务函数的参数，一直是NULL没看出作用；uxPriority：任务优先级；pxCreatedTask：任务句柄；pxNewTCB：任务控制块；xRegions：使用xTaskCreateRestricted()函数建立微处理器保护任务时传递的内存地址参数，普通人物建立时此参数为NULL

#if( portUSING_MPU_WRAPPERS == 1 )/* Should the task be created in privileged mode? */BaseType_t xRunPrivileged;if( ( uxPriority & portPRIVILEGE_BIT ) != 0U ){xRunPrivileged = pdTRUE;}else{xRunPrivileged = pdFALSE;}uxPriority &= ~portPRIVILEGE_BIT;#endif /* portUSING_MPU_WRAPPERS == 1 */

如果宏定义portUSING_MPU_WRAPPERS为1，判断该任务是否在特权模式下创建，给xRunPrivileged赋值，并赋值优先级大小，由于我们将portUSING_MPU_WRAPPERS宏定义为0，所以不编译这段代码

    #if( ( configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW > 1 ) || ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 ) || ( INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark == 1 ) ){/* Fill the stack with a known value to assist debugging. */( void ) memset( pxNewTCB->pxStack, ( int ) tskSTACK_FILL_BYTE, ( size_t ) ulStackDepth * sizeof( StackType_t ) );}
#endif

如果使能了堆栈溢出检测功能或者追踪可视化就使用一个定值tskSTACK_FILL_BYTE来填充任务堆栈，值为0xa5U

    #if( portSTACK_GROWTH < 0 ){pxTopOfStack = pxNewTCB->pxStack + ( ulStackDepth - ( uint32_t ) 1 );pxTopOfStack = ( StackType_t * ) ( ( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) pxTopOfStack ) & ( ~( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) ) ); /*lint !e923 MISRA exception.  Avoiding casts between pointers and integers is not practical.  Size differences accounted for using portPOINTER_SIZE_TYPE type. *//* Check the alignment of the calculated top of stack is correct. */configASSERT( ( ( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) pxTopOfStack & ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) == 0UL ) );}#else /* portSTACK_GROWTH */{pxTopOfStack = pxNewTCB->pxStack;/* Check the alignment of the stack buffer is correct. */configASSERT( ( ( ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) pxNewTCB->pxStack & ( portPOINTER_SIZE_TYPE ) portBYTE_ALIGNMENT_MASK ) == 0UL ) );/* The other extreme of the stack space is required if stack checking isperformed. */pxNewTCB->pxEndOfStack = pxNewTCB->pxStack + ( ulStackDepth - ( uint32_t ) 1 );}#endif /* portSTACK_GROWTH */

使用条件编译，在向上堆栈和向下堆栈不同时计算堆栈栈顶pxTopOfStack

    for( x = ( UBaseType_t ) 0; x < ( UBaseType_t ) configMAX_TASK_NAME_LEN; x++ ){pxNewTCB->pcTaskName[ x ] = pcName[ x ];/* Don't copy all configMAX_TASK_NAME_LEN if the string is shorter thanconfigMAX_TASK_NAME_LEN characters just in case the memory after thestring is not accessible (extremely unlikely). */if( pcName[ x ] == 0x00 ){break;}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}

保存任务的任务名

pxNewTCB->pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN - 1 ] = ‘\0’：在任务名数组添加字符串结束符’\0’

    if( uxPriority >= ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES ){uxPriority = ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES - ( UBaseType_t ) 1U;}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}

判断任务优先级是否大于预先定义的最大优先级configMAX_PRIORITIES宏，若大于则将任务优先级设置为configMAX_PRIORITIES-1

pxNewTCB->uxPriority = uxPriority：将得到的uxPriority值赋给任务控制块的优先级(即初始化任务控制块的优先级)

    #if ( configUSE_MUTEXES == 1 ){pxNewTCB->uxBasePriority = uxPriority;pxNewTCB->uxMutexesHeld = 0;}#endif /* configUSE_MUTEXES */

如果宏定义configUSE_MUTEXES为1，即使用了互斥信号量，这里初始化相应变量

vListInitialiseItem( &( pxNewTCB->xStateListItem ) );
vListInitialiseItem( &( pxNewTCB->xEventListItem ) );

这里初始化列表项xStateListItem和xEventListItem，任务控制块结构体中有两个列表项，对其做初始化操作

listSET_LIST_ITEM_OWNER( &( pxNewTCB->xStateListItem ), pxNewTCB );
listSET_LIST_ITEM_VALUE( &( pxNewTCB->xEventListItem ), ( TickType_t ) configMAX_PRIORITIES - ( TickType_t ) uxPriority );
listSET_LIST_ITEM_OWNER( &( pxNewTCB->xEventListItem ), pxNewTCB );#define listSET_LIST_ITEM_OWNER( pxListItem, pxOwner )  ( ( pxListItem )->pvOwner = ( void * ) ( pxOwner ) )
#define listSET_LIST_ITEM_VALUE( pxListItem, xValue )   ( ( pxListItem )->xItemValue = ( xValue ) )

这里设置了列表项xStateListItem和xEventListItem属于当前任务控制块，即设置两个列表项的成员变量pvOwner为新创建的任务的任务控制块；并且设置了列表项xEventListItem的变量xItemValue为configMAX_PRIORITIES-uxPriority，意味着xItemValue的值越大优先级越小(列表插入按照xItemValue的值升序排列)

#if ( portCRITICAL_NESTING_IN_TCB == 1 )
{pxNewTCB->uxCriticalNesting = ( UBaseType_t ) 0U;
}
#endif /* portCRITICAL_NESTING_IN_TCB */
#if ( configUSE_APPLICATION_TASK_TAG == 1 )
{pxNewTCB->pxTaskTag = NULL;
}
#endif /* configUSE_APPLICATION_TASK_TAG */
#if ( configGENERATE_RUN_TIME_STATS == 1 )
{pxNewTCB->ulRunTimeCounter = 0UL;
}
#endif /* configGENERATE_RUN_TIME_STATS */

分别条件编译，portCRITICAL_NESTING_IN_TCB：临界区嵌套宏定义；configUSE_APPLICATION_TASK_TAG：任务标签功能；configGENERATE_RUN_TIME_STATS：时间统计功能；若使能这些功能宏定义，则给任务控制块的相关变量初始化赋值

#if( configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS != 0 ){for( x = 0; x < ( UBaseType_t ) configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS; x++ ){pxNewTCB->pvThreadLocalStoragePointers[ x ] = NULL;}}
#endif

如果使能了宏configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS为1，初始化线程本地存储指针

#if ( configUSE_TASK_NOTIFICATIONS == 1 ){pxNewTCB->ulNotifiedValue = 0;pxNewTCB->ucNotifyState = taskNOT_WAITING_NOTIFICATION;}
#endif#if ( configUSE_NEWLIB_REENTRANT == 1 ){/* Initialise this task's Newlib reent structure. */_REENT_INIT_PTR( ( &( pxNewTCB->xNewLib_reent ) ) );}
#endif#if( INCLUDE_xTaskAbortDelay == 1 ){pxNewTCB->ucDelayAborted = pdFALSE;}
#endif

条件编译，configUSE_TASK_NOTIFICATIONS：使能任务通知功能(默认开启)；configUSE_NEWLIB_REENTRANT：使能NEWLIB；INCLUDE_xTaskAbortDelay：使能函数INCLUDE_xTaskAbortDelay();如果使能了相应功能，则给任务控制块的相关变量初始化赋值

#if( portUSING_MPU_WRAPPERS == 1 ){pxNewTCB->pxTopOfStack = pxPortInitialiseStack( pxTopOfStack, pxTaskCode, pvParameters, xRunPrivileged );}
#else /* portUSING_MPU_WRAPPERS */{pxNewTCB->pxTopOfStack = pxPortInitialiseStack( pxTopOfStack, pxTaskCode, pvParameters );}
#endif /* portUSING_MPU_WRAPPERS */

调用了函数pxPortInitialiseStack()初始化任务堆栈

if( ( void * ) pxCreatedTask != NULL )
{*pxCreatedTask = ( TaskHandle_t ) pxNewTCB;
}
else
{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
}

生成任务句柄，返回给参数pxCreatedTask，任务句柄其实就是任务控制块

3. 任务堆栈初始化函数

堆栈用来进行上下文切换时候保存现场，新创建好一个堆栈后会对其进行初始化处理，即对Cortex-M内核的某些寄存器赋初值。初值保存在任务堆栈中，保存顺序为:xPSR,R15(PC),R14(LR),R12,R3\~R0,R11~R14

函数pxPortInitialiseStack()即为堆栈初始化函数，函数源码:

StackType_t *pxPortInitialiseStack( StackType_t *pxTopOfStack, TaskFunction_t pxCode, void *pvParameters )
{/* Simulate the stack frame as it would be created by a context switchinterrupt. *//* Offset added to account for the way the MCU uses the stack on entry/exitof interrupts, and to ensure alignment. */pxTopOfStack--;*pxTopOfStack = portINITIAL_XPSR;   /* xPSR */pxTopOfStack--;*pxTopOfStack = ( ( StackType_t ) pxCode ) & portSTART_ADDRESS_MASK;    /* PC */pxTopOfStack--;*pxTopOfStack = ( StackType_t ) prvTaskExitError;   /* LR *//* Save code space by skipping register initialisation. */pxTopOfStack -= 5;  /* R12, R3, R2 and R1. */*pxTopOfStack = ( StackType_t ) pvParameters;   /* R0 *//* A save method is being used that requires each task to maintain itsown exec return value. */pxTopOfStack--;*pxTopOfStack = portINITIAL_EXEC_RETURN;pxTopOfStack -= 8;  /* R11, R10, R9, R8, R7, R6, R5 and R4. */
return pxTopOfStack;
}

参数：pxTopOfStack：堆栈栈顶；pxCode：任务函数；pvParameters：传递参数(null)

*pxTopOfStack = portINITIAL_XPSR: 寄存器xPSR值为portINITIAL_XPSR(0x01000000),此时表示xPSR寄存器的bit24为1，即处于Thumb状态(Cortex-m系列没有ARM状态)

*pxTopOfStack = ( ( StackType_t ) pxCode ) & portSTART_ADDRESS_MASK：寄存器PC初始化为任务函数pxCode

*pxTopOfStack = ( StackType_t ) prvTaskExitError：寄存器LR初始化为函数prvTaskExitError()

pxTopOfStack -= 5;  /* R12, R3, R2 and R1. */
*pxTopOfStack = ( StackType_t ) pvParameters

跳过4个寄存器R12,R3,R2和R1(这四个寄存器不初始化)；并把寄存器R0初始化为pvParameters

*pxTopOfStack = portINITIAL_EXEC_RETURN：保存EXC_RETURN值，用于退出SVC和PendSV中断的时候处理器该处于什么状态。当处理器进入异常或中断服务程序时，链接寄存器R14(LR)的数值更新为EXC_RETURN，这里宏定义为0xfffffffd

pxTopOfStack -= 8：跳过8个寄存器，R11,R10,R8,R7,R6,R5,R4

初始化之后，堆栈结果为:

4. 添加任务到就绪表

任务创建后被添加到就绪列表中,FreeRTOS使用不同的列表表示任务的不同状态,tasks.c中定义了多个列表完成不同功能：

PRIVILEGED_DATA static List_t pxReadyTasksLists[ configMAX_PRIORITIES ];/*< Prioritised ready tasks. */
PRIVILEGED_DATA static List_t xDelayedTaskList1;                /*< Delayed tasks. */
PRIVILEGED_DATA static List_t xDelayedTaskList2;                /*< Delayed tasks (two lists are used - one for delays that have overflowed the current tick count. */
PRIVILEGED_DATA static List_t * volatile pxDelayedTaskList;     /*< Points to the delayed task list currently being used. */
PRIVILEGED_DATA static List_t * volatile pxOverflowDelayedTaskList; /*< Points to the delayed task list currently being used to hold tasks that have overflowed the current tick count. */
PRIVILEGED_DATA static List_t xPendingReadyList;                /*< Tasks that have been readied while the scheduler was suspended.  They will be moved to the ready list when the scheduler is resumed. */

其中pxReadyTasksLists[]即是任务就绪列表，数组大小为configMAX_PRIORITIES即可使用的最大优先级，所以一个优先级一个列表，相同优先级的任务则使用一个列表。

函数prvAddNewTaskToReadyList()完成将一个新创建的任务添加到就绪列表中

static void prvAddNewTaskToReadyList( TCB_t *pxNewTCB )
{taskENTER_CRITICAL();{uxCurrentNumberOfTasks++;if( pxCurrentTCB == NULL ){pxCurrentTCB = pxNewTCB;if( uxCurrentNumberOfTasks == ( UBaseType_t ) 1 ){prvInitialiseTaskLists();}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}else{if( xSchedulerRunning == pdFALSE ){if( pxCurrentTCB->uxPriority <= pxNewTCB->uxPriority ){pxCurrentTCB = pxNewTCB;}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}uxTaskNumber++;#if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 ){pxNewTCB->uxTCBNumber = uxTaskNumber;}#endif /* configUSE_TRACE_FACILITY */traceTASK_CREATE( pxNewTCB );prvAddTaskToReadyList( pxNewTCB );portSETUP_TCB( pxNewTCB );}taskEXIT_CRITICAL();if( xSchedulerRunning != pdFALSE ){if( pxCurrentTCB->uxPriority < pxNewTCB->uxPriority ){taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION();}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}
}

taskENTER_CRITICAL()：首先先进入临界区，关闭中断，使接下来函数里代码完整运行不被打断

uxCurrentNumberOfTasks++：全局变量uxCurrentNumberOfTasks加1，统计任务数量

if( pxCurrentTCB == NULL ){pxCurrentTCB = pxNewTCB：如果正在运行任务控制块为NULL,即为没有任务运行，则将新任务的任务控制块赋值给pxCurrentTCB,新创建的任务便是第一个任务

if( uxCurrentNumberOfTasks == ( UBaseType_t ) 1 ){prvInitialiseTaskLists();}：如果任务数量为1，则说明创建的任务是第一个任务，此时通过函数prvInitialiseTaskLists()来初始化相应的列表(函数prvInitialiseTaskLists()即调用列表初始化函数vListInitialise()来初始化几个列表)

if( xSchedulerRunning == pdFALSE ){if( pxCurrentTCB->uxPriority <= pxNewTCB->uxPriority ){pxCurrentTCB = pxNewTCB;}：如果调度器尚未运行，新任务的优先级比正在运行的任务优先级高，则修改pxCurrentTCB为新建任务的任务控制块

uxTaskNumber++：uxTaskNumber加1，用作任务控制块编号

if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 ){pxNewTCB->uxTCBNumber = uxTaskNumber;}#endif：条件编译如果启动了可视化跟踪调试,则将任务控制块编号赋值给新任务的任务控制块的uxTCBNumber成员变量

prvAddTaskToReadyList( pxNewTCB )：调用函数吧任务添加到就绪表中，这个函数其实是个宏：

#define prvAddTaskToReadyList( pxTCB )                                                              \traceMOVED_TASK_TO_READY_STATE( pxTCB );    \taskRECORD_READY_PRIORITY( ( pxTCB )->uxPriority );                         \vListInsertEnd( &( pxReadyTasksLists[ ( pxTCB )->uxPriority ] ), &( ( pxTCB )->xStateListItem ) ); \tracePOST_MOVED_TASK_TO_READY_STATE( pxTCB )

traceMOVED_TASK_TO_READY_STATE( pxTCB )和tracePOST_MOVED_TASK_TO_READY_STATE( pxTCB )都没什么用；taskRECORD_READY_PRIORITY用来记录处于就绪态任务，接下来使用函数vListInsertEnd()将任务添加到就绪列表末尾

taskEXIT_CRITICAL()：之后退出临界区

if( xSchedulerRunning != pdFALSE ){if( pxCurrentTCB->uxPriority < pxNewTCB->uxPriority ){
taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION();}：如果调度器已经开始运行，并且新任务的优先级最高，则调用函数taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION()完成一次任务切换

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