1. 引入原因

2. 实现空闲任务

2.1 定义空闲任务组件

2.2 创建空闲任务

3. 实现阻塞延时

3.1 vTaskDelay函数实现

3.2 修改vTaskSwitchContext函数

3.3 SysTick初始化函数实现

3.4 SysTick中断服务函数实现

3.5 xTaskIncrementTick函数实现

4. 测试用例与实验现象

1. 引入原因

① 首先是引入阻塞延时，之前的延时通过忙等实现，延时过程中任务不会放弃CPU，从而浪费了CPU资源

在阻塞延时中，当任务需要延时时即进入阻塞状态，此时CPU可以运行其他任务

② 如果系统中所有任务均进入阻塞状态，CPU运行什么任务 ? 这就需要引入空闲任务，即当系统中没有其他任务可运行时，就运行空闲任务

说明：空闲任务特性

① 空闲任务在系统中优先级最低

② 在实际应用中，当系统进入空闲任务时，可在空闲任务中执行休眠或低功耗等操作

2. 实现空闲任务

2.1 定义空闲任务组件

// file: task.c// 空闲任务栈
StackType_t IdleTaskStack[configMINIMAL_STACK_SIZE];
// 空闲任务TCB
TCB_t IdleTaskTCB;
// 空闲任务句柄
TaskHandle_t xIdleTaskHandle = NULL;
// 空闲任务函数（暂时为空函数）
static void prvIdleTask(void *p_arg)
{for (;;){/* do nothing */}
}

2.2 创建空闲任务

由于已经静态定义了空闲任务的各个组件，此时需要调用xTaskCreateStatic函数将这些组件关联起来，我们在vTaskStartScheduler函数中创建空闲任务

// file: task.cvoid vApplicationGetIdleTaskMemory(TCB_t **ppxIdleTaskTCBBuffer,StackType_t **ppxIdleTaskStackBuffer,uint32_t *pulIdleTaskStackSize)
{*ppxIdleTaskTCBBuffer = &IdleTaskTCB;*ppxIdleTaskStackBuffer = IdleTaskStack;*pulIdleTaskStackSize = configMINIMAL_STACK_SIZE;
}/* 启动调度器 */
void vTaskStartScheduler(void)
{TCB_t *pxIdleTaskTCBBuffer = NULL;StackType_t *pxIdleTaskStackBuffer = NULL;uint32_t ulIdleTaskStackSize = 0;/* 获取空闲任务信息 */vApplicationGetIdleTaskMemory(&pxIdleTaskTCBBuffer,&pxIdleTaskStackBuffer,&ulIdleTaskStackSize);/* 创建空闲任务 */xIdleTaskHandle = xTaskCreateStatic((TaskFunction_t)prvIdleTask,(char *)"IDLE",(uint32_t)ulIdleTaskStackSize,(void *)NULL,(StackType_t *)pxIdleTaskStackBuffer,(TCB_t *)pxIdleTaskTCBBuffer);/* 手动将空闲任务插入优先级最低的就绪列表 */vListInsertEnd(&(pxReadyTasksLists[0]),&(pxIdleTaskTCBBuffer->xStateListItem));/* 其他代码，启动调度器 */
}

3. 实现阻塞延时

3.1 vTaskDelay函数实现

/* 阻塞延时函数 */
void vTaskDelay(const TickType_t xTicksToDelay)
{TCB_t *pxTCB = NULL;/* 获取当前任务TCB */pxTCB = pxCurrentTCB;/* 设置延时Tick值 */pxTCB->xTicksToDelay = xTicksToDelay;/* 触发任务切换，放弃CPU */taskYIELD();
}

说明：vTaskDelay函数的延时单位为系统时钟Tick值，因此还需要设置SysTick，详见下文

同时，为支持该功能，TCB中要增加记录延时Tick值的xTicksToDelay字段

3.2 修改vTaskSwitchContext函数

// file: task.cvoid vTaskSwitchContext(void)
{if (pxCurrentTCB == &IdleTaskTCB){if (Task1TCB.xTicksToDelay == 0){pxCurrentTCB = &Task1TCB;}else if (Task2TCB.xTicksToDelay == 0){pxCurrentTCB = &Task2TCB;}else{return; // 不切换任务}}else{if (pxCurrentTCB == &Task1TCB){if (Task2TCB.xTicksToDelay == 0){pxCurrentTCB = &Task2TCB;}else if (pxCurrentTCB->xTicksToDelay != 0){pxCurrentTCB = &IdleTaskTCB;}else{return; // 不切换任务}}else if (pxCurrentTCB == &Task2TCB){if (Task1TCB.xTicksToDelay == 0){pxCurrentTCB = &Task1TCB;}else if (pxCurrentTCB->xTicksToDelay != 0){pxCurrentTCB = &IdleTaskTCB;}else{return; // 不切换任务}}}
}

说明：由于尚未实现任务优先级，此处的调度器实现依然非常简单，总体思路如下，

① 如果当前任务是空闲任务，则判断其他任务是否处于延时状态，如果延时到期则运行其他任务；否则继续执行空闲任务

② 如果当前任务不是空闲任务，则判断另一个任务与当前任务是否处于延时状态，如果仍有任务可以运行，则切换任务或仍运行当前任务；否则执行空闲任务

3.3 SysTick初始化函数实现

在阻塞延时函数vTaskDelay中会设置任务的延时Tick值，之后便放弃CPU，而任务延时Tick值的递减更新则是在SysTick Handler中进行，因此先要使能SysTick

//file: FreeRTOSConfig.h
/* 系统时钟为25MHz */
#define configCPU_CLOCK_HZ ((unsigned long)25000000)
/* 每秒产生100次SysTick中断，即SysTick周期为10ms */
#define configTICK_RATE_HZ ((TickType_t)100)//file: port.c/* SysTick控制寄存器 */
#define portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG (*((volatile uint32_t *)0xe000e010))
/* SysTick重装载寄存器 */
#define portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG (*((volatile uint32_t *)0xe000e014))#ifndef configSYSTICK_CLOCK_HZ#define configSYSTICK_CLOCK_HZ configCPU_CLOCK_HZ#define portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT (1UL << 2UL)
#else#define portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT (0)
#endif#define portNVIC_SYSTICK_INT_BIT    (1UL << 1UL)
#define portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT (1UL << 0UL)void vPortSetupTimerInterrupt(void)
{/* 设置重装载寄存器 */portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = (configSYSTICK_CLOCK_HZ /configTICK_RATE_HZ) - 1UL;/** 设置系统定时器的时钟等于内核时钟* 使能SysTick定时器* 使能SysTick定时器中断*/portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG = (portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT |portNVIC_SYSTICK_INT_BIT |portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT);
}

说明1：使用与系统相同的时钟

在Keil Cortex-M3的startup_ARMCM3.c中，系统时钟设置为25MHz

说明2：使用FreeRTOSConfig.h中定义的configCPU_CLOCK_HZ和configTICK_RATE_HZ宏，可以计算出重装载寄存器的值，用于重复持续产生SysTick中断

说明3：在xPortStartScheduler函数中调用vPortSetupTimerInterruput函数，使能SysTick。由于开中断要在prvStartFirstTask中才进行，所以此处使能了SysTick中断也是没有风险的，不会导致任务的错误调度

3.4 SysTick中断服务函数实现

// file: port.c
void xPortSysTickHandler(void)
{/* 关中断 */vPortRaiseBASEPRI();/* 更新系统时基 */xTaskIncrementTick();/* 开中断 */vPortClearBASEPRIFromISR();
}

说明：关于在中断服务函数中关中断的操作

在下面这篇笔记中有讨论到在中断服务函数中关中断，个人感觉不是一定需要使用带中断保护的操作，此处就是一个实例。由于调用者明知不会发生中断嵌套，所以只是简单的开关中断

https://mp.csdn.net/editor/html/112117556

3.5 xTaskIncrementTick函数实现

//file: tasks.c/* 更新时基函数 */
void xTaskIncrementTick(void)
{TCB_t *pxTCB = NULL;BaseType_t i = 0;const TickType_t xConstTickCount = xTickCount + 1;xTickCount = xConstTickCount;/* 更新任务延时计数 */for (i = 0; i < configMAX_PRIORITIES; i++){pxTCB = (TCB_t *)listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY(&(pxReadyTasksLists[i]));if (pxTCB->xTicksToDelay > 0){pxTCB->xTicksToDelay--;}}/* 触发任务切换 */portYIELD();
}

说明1：xTickCount变量

xTickCount全局变量为系统时基计数器，在tasks.c文件中定义，用于记录系统累计的Tick数（和Linux中的jiffies值类似），该全局变量在vTaskStarScheduler函数中初始化

此处需要说明的是，在tasks.c层和port.c层均定义了一些全局变量，其中，

① tasks.c层的全局变量在vTaskStartScheduler函数中初始化

② port.c层的全部变量在xPortStartScheduler函数中初始化

// 调用关系
vTaskStartScheduler
--> xPortStartScheduler

注意：体系结构相关的port.c和体系结构无关的task.c之间会有相互调用

说明2：此处的遍历仅涉及每个优先级就绪列表的第一个元素，后续会逐步完善

说明3：xTaskIncrementTick触发任务切换的原因

由于延时计数结束的任务可能比当前任务优先级更高，所以在此处触发了任务切换，这也是RTOS时刻运行当前可运行任务中优先级最高任务的特性

4. 测试用例与实验现象

void Task1_Entry(void *p_arg)
{for (;;){flag1 = 1;vTaskDelay(2);flag1 = 0;vTaskDelay(2);}
}void Task2_Entry(void *p_arg)
{for (;;){flag2 = 1;vTaskDelay(2);flag2 = 0;vTaskDelay(2);}
}

此时用例中使用阻塞等待函数替换原先的忙等操作，从波形可见，当一个Task放弃CPU后，CPU立即转向运行另一个Task，所以波形上几乎同步，这也就是操作系统实现的宏观上的并行

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