FreeRTOS学习记录–任务创建函数详解

开局一张图。一步一步分析就好。

FreeRTOS学习记录--任务创建函数详解

（一）什么是任务？

　　在多任务系统中，我们按照功能不同，把整个系统分割成一个个独立的，且无法返回的函数，这个函数我们称为任务；任务包含几个属性：任务堆栈，任务函数、任务控制块、任务优先级；下面主要介绍一下任务控制块，其他都比较容易理解。

（二）什么是任务控制块？

　　任务控制块内包含了该任务的全部信息，任务的执行需要通过任务调度器来控制，那么任务调度器怎么“控制”任务实体的呢？就要抓住任务的小辫子---“任务控制块”，系统对任务的全部操作都可以通过任务控制块来实现！它是一种特别的数据结构。

　　在任务创建函数xTaskCreat()创建任务的时候就会自动给每个任务分配一个任务控制块。

typedefstruct tskTaskControlBlock {volatile StackType_t    *pxTopOfStack;/*任务堆栈栈顶指针*/#if ( portUSING_MPU_WRAPPERS == 1 )         xMPU_SETTINGS    xMPUSettings;/*MPU相关设置*/#endif      ListItem_t            xStateListItem;/*状态列表项，这是一个内置在TCB控制块中的一个链表节点，通过这个节点，将任务挂到其他链表中
                                                    比如就绪列表，阻塞列表，挂起列表等*/
     ListItem_t            xEventListItem;/*事件列表项，用于引用事件列表中的任务*/     UBaseType_t            uxPriority;/*任务优先级*/     StackType_t*pxStack;/*任务堆栈起始地址，是一个栈底*/char                pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ];/*任务名字*/#if ( portSTACK_GROWTH > 0 )         StackType_t*pxEndOfStack;/*任务堆栈栈底*/#endif#if ( portCRITICAL_NESTING_IN_TCB == 1 )         UBaseType_t        uxCriticalNesting;/*临界区嵌套深度*/#endif#if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )         UBaseType_t        uxTCBNumber;/*debug的时候用到*/         UBaseType_t        uxTaskNumber;/*trace的时候用到*/#endif#if ( configUSE_MUTEXES == 1 )         UBaseType_t        uxBasePriority;/*任务基础优先级，优先级反转时用到*/         UBaseType_t        uxMutexesHeld;/*任务获取到的互斥信号量个数*/#endif#if ( configUSE_APPLICATION_TASK_TAG == 1 )         TaskHookFunction_t pxTaskTag;#endif#if( configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS > 0 )//与本地存储有关void *pvThreadLocalStoragePointers[ configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS ];#endif#if( configGENERATE_RUN_TIME_STATS == 1 )         uint32_t        ulRunTimeCounter;/*用来记录任务运行总时间*/#endif#if ( configUSE_NEWLIB_REENTRANT == 1 )struct    _reent xNewLib_reent;/*定义一个newlib结构体变量*/#endif#if( configUSE_TASK_NOTIFICATIONS == 1 )    /*任务通知相关变量*/volatile uint32_t ulNotifiedValue;/*任务通知值*/volatile uint8_t ucNotifyState;/*任务通知状态*/#endif/* 用来标记任务是动态创建还是静态创建*/#if( tskSTATIC_AND_DYNAMIC_ALLOCATION_POSSIBLE != 0 )         uint8_t    ucStaticallyAllocated;/*静态创建此变量为pdTURE;动态创建此变量为pdFALSE*/#endif#if( INCLUDE_xTaskAbortDelay == 1 )         uint8_t ucDelayAborted;#endif  } tskTCB;

注：#if 开头的都是条件编译，咱们可以先不用理解。基本结构如下：

FreeRTOS学习记录--任务创建函数详解

　　　指针pxStack指向堆栈的起始位置，任务创建时会分配指定数目的任务堆栈，申请堆栈内存函数返回的指针就被赋给该变量。

　　　很多刚接触FreeRTOS的人会分不清指针pxTopOfStack和pxStack的区别，这里简单说一下：pxTopOfStack指向当前堆栈栈顶，随着进栈出栈，pxTopOfStack指向的位置是会变化的；pxStack指向当前堆栈的起始位置，一经分配后，堆栈起始位置就固定了，不会被改变了。那么为什么需要pxStack变量呢，这是因为随着任务的运行，堆栈可能会溢出，在堆栈向下增长的系统中，这个变量可用于检查堆栈是否溢出；如果在堆栈向上增长的系统中，要想确定堆栈是否溢出，还需要另外一个变量pxEndOfStack来辅助诊断是否堆栈溢出。

（三）任务是怎么创建出来的？

任务有两种创建方式，动态创建和静态创建，两者的区别就是：静态创建时候任务控制块和任务堆栈的内存是由用户自己定义的，任务删除的时候，内存不能自动释放。动态创建，任务堆栈和任务控制块的内存是由系统自动创建的，自动释放的。

　动态创建任务的函数为 xTaskCreate()；

BaseType_t xTaskCreate(  TaskFunction_t    pxTaskCode,        //任务函数的名称constchar *const pcName,            //任务的名称const uint16_t usStackDepth,          //任务堆栈大小void *const pvParameters,             //任务的形参                         UBaseType_t uxPriority,                 //任务优先级                         TaskHandle_t*const pxCreatedTask )    //  用于传回一个任务句柄，创建任务后使用这个句柄引用（控制）任务。本质上是一个空指针。 {     TCB_t*pxNewTCB;     BaseType_t xReturn;#define portSTACK_GROWTH//-1表示满减栈#if( portSTACK_GROWTH > 0 ){     }#else{ /* portSTACK_GROWTH<0 代表堆栈向下增长 */         StackType_t*pxStack;/* 任务栈内存分配，stm32是向下增长的堆栈，获取到的pxStack 是一个栈底的指针*/         pxStack= ( StackType_t *) pvPortMalloc(((( size_t) usStackDepth ) *sizeof( StackType_t)));if( pxStack != NULL ){/* 任务控制块内存分配*/             pxNewTCB= ( TCB_t * ) pvPortMalloc(sizeof( TCB_t ) );if( pxNewTCB != NULL ){/* 赋值栈地址*/                 pxNewTCB->pxStack = pxStack;             }else{/* 释放栈空间*/                 vPortFree( pxStack );             }         }else{/* 没有分配成功*/             pxNewTCB= NULL;         }     }#endif /* portSTACK_GROWTH */if( pxNewTCB != NULL )     {/* 新建任务初始化*/         prvInitialiseNewTask( pxTaskCode, pcName, ( uint32_t ) usStackDepth, pvParameters, uxPriority, pxCreatedTask, pxNewTCB, NULL );/* 把任务添加到就绪列表中*/         prvAddNewTaskToReadyList( pxNewTCB );         xReturn= pdPASS;     }else{         xReturn= errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY;     }return xReturn; }

之后，又调用了函数prvInitialiseNewTask(）来新建任务初始化。我们看看下面是如何定义的。

staticvoid prvInitialiseNewTask(TaskFunction_t            pxTaskCode,constchar *const       pcName,const uint32_t         ulStackDepth,void *const             pvParameters,                                  UBaseType_t             uxPriority,                                  TaskHandle_t*const     pxCreatedTask,                                  TCB_t *                pxNewTCB,    //任务控制块const MemoryRegion_t *const xRegions ){     StackType_t*pxTopOfStack;     UBaseType_t x;/* 计算栈顶的地址*/#if( portSTACK_GROWTH < 0 ){/* 把栈空间的高地址分配给栈顶*/         pxTopOfStack= pxNewTCB->pxStack + ( ulStackDepth - ( uint32_t )1 );/* 栈对齐----栈要8字节对齐*/         pxTopOfStack= (StackType_t *)(((portPOINTER_SIZE_TYPE) pxTopOfStack) & (~((portPOINTER_SIZE_TYPE)portBYTE_ALIGNMENT_MASK)));/* 检查是否有错误*/         configASSERT((((portPOINTER_SIZE_TYPE) pxTopOfStack& (portPOINTER_SIZE_TYPE) portBYTE_ALIGNMENT_MASK) ==0UL));     }#else /* portSTACK_GROWTH */     {     }#endif /* portSTACK_GROWTH *//* 存储任务名称*/for( x = ( UBaseType_t )0; x < ( UBaseType_t ) configMAX_TASK_NAME_LEN; x++ ){         pxNewTCB->pcTaskName[ x ] = pcName[ x ];if( pcName[ x ] ==0x00 ){break;         }else{             mtCOVERAGE_TEST_MARKER();         }     }/* \0补齐字符串*/     pxNewTCB->pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN -1 ] ='\0';/* 判断任务分配的优先级，是否大于最大值  如果超过最大值，赋值最大值*/if( uxPriority >= ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES ){         uxPriority= ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES - ( UBaseType_t )1U;     }else{         mtCOVERAGE_TEST_MARKER();     }/* 赋值任务优先级到任务控制块*/     pxNewTCB->uxPriority = uxPriority;/* 任务状态表 事件表初始化*/     vListInitialiseItem(&( pxNewTCB->xStateListItem ) );     vListInitialiseItem(&( pxNewTCB->xEventListItem ) );/* 设置任务控制块中的状态列表项的成员变量ower ,是属于PxNewTCB(拥有该结点的内核对象)*/     listSET_LIST_ITEM_OWNER(&( pxNewTCB->xStateListItem ), pxNewTCB );    /*更改事件列表项中的成员变量xItemValue的值，目的是列表在排列的时候，是按照优先级由大到小排列 */     listSET_LIST_ITEM_VALUE(&( pxNewTCB->xEventListItem ), ( TickType_t ) configMAX_PRIORITIES - ( TickType_t ) uxPriority );
/*设置任务控制块中事件列表项的成员变量ower,同上*/     listSET_LIST_ITEM_OWNER(&( pxNewTCB->xEventListItem ), pxNewTCB );#if( portUSING_MPU_WRAPPERS == 1 ){          }#else{ /* portUSING_MPU_WRAPPERS *//* 初始化任务堆栈，之后返回任务栈顶*/         pxNewTCB->pxTopOfStack = pxPortInitialiseStack( pxTopOfStack, pxTaskCode, pvParameters );     }#endif /* portUSING_MPU_WRAPPERS */if( (void * ) pxCreatedTask != NULL ){/* 任务句柄指向任务控制块*/         *pxCreatedTask = ( TaskHandle_t ) pxNewTCB;     }else{         mtCOVERAGE_TEST_MARKER();     } }

prvInitialiseNewTask(）函数的形参，出来xTaskCreat()的形参之外，又多出来pxNewTCB和xRegions两个形参；

后面又调用了pxPortInitialiseStack(StackType_t *pxTopOfStack, TaskFunction_t pxCode, void *pvParameters)

来初始化任务堆栈。

StackType_t *pxPortInitialiseStack(StackType_t *pxTopOfStack, TaskFunction_t pxCode,void *pvParameters){     pxTopOfStack--;/* 入栈程序状态寄存器*/     *pxTopOfStack = portINITIAL_XPSR;/* xPSR*/          pxTopOfStack--;/* 入栈PC指针*/     *pxTopOfStack = ( ( StackType_t ) pxCode ) & portSTART_ADDRESS_MASK;/* PC*/          pxTopOfStack--;/* 入栈LR链接寄存器*/     *pxTopOfStack = ( StackType_t ) prvTaskExitError;/* LR*/          pxTopOfStack-=5;/* 跳过R12, R3, R2 and R1这四个寄存器，不初始化*/     *pxTopOfStack = ( StackType_t ) pvParameters;/* R0作为传参入栈*/          pxTopOfStack--;/* 保存EXC_RETURN的值，用于退出SVC或PendSV中断时候，处理器处于什么状态*/     *pxTopOfStack = portINITIAL_EXEC_RETURN;          pxTopOfStack-=8;/* 跳过R11, R10, R9, R8, R7, R6, R5 and R4这8个寄存器，不初始化*/return pxTopOfStack;/*最终返回栈顶*/

初始化堆栈完成之后堆栈如下图：

FreeRTOS学习记录--任务创建函数详解

层层深入完毕，现在我们返回到xTaskCreat()函数后面，看看 prvAddNewTaskToReadyList( pxNewTCB ); 函数是怎么把任务添加到就绪列表中！

staticvoid prvAddNewTaskToReadyList( TCB_t *pxNewTCB ) {     taskENTER_CRITICAL();     {         uxCurrentNumberOfTasks++;if( pxCurrentTCB == NULL )//正在运行的任务块为NULL,没有任务运行；         {             pxCurrentTCB= pxNewTCB;//将新任务控制块赋值给pxCurrentTCBif( uxCurrentNumberOfTasks == ( UBaseType_t )1 ) //为1说明正在创建的任务是第一个任务。             {                 prvInitialiseTaskLists();//初始化列表，就绪列表、阻塞列表等等             }else             {                 mtCOVERAGE_TEST_MARKER();             }         }else         {if( xSchedulerRunning == pdFALSE )//判断任务调度器是否运行，pdfalse代表没有运行             {if( pxCurrentTCB->uxPriority <= pxNewTCB->uxPriority )                 {                     pxCurrentTCB= pxNewTCB;//将新创建的任务控制块赋值给当前任务控制块                 }else                 {                     mtCOVERAGE_TEST_MARKER();                 }             }else             {                 mtCOVERAGE_TEST_MARKER();             }         }           uxTaskNumber++;// 用于任务控制块编号#if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )         {             pxNewTCB->uxTCBNumber = uxTaskNumber;         }#endif /* configUSE_TRACE_FACILITY */         traceTASK_CREATE( pxNewTCB );           prvAddTaskToReadyList( pxNewTCB );//将任务添加到就绪列表           portSETUP_TCB( pxNewTCB );      }     taskEXIT_CRITICAL();if( xSchedulerRunning != pdFALSE )//如果任务调调度器在运行，新任务优先级比正在运行的优先级高     {if( pxCurrentTCB->uxPriority < pxNewTCB->uxPriority )         {             taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION();//调用此函数完成一次任务切换         }else         {             mtCOVERAGE_TEST_MARKER();         }     }else     {         mtCOVERAGE_TEST_MARKER();     } }

　　一定要耐心分析，别无他法，加油！不难。

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