FreeRTOS系列第20篇---FreeRTOS任務(wù)創(chuàng)建分析

回顧任務(wù)的創(chuàng)建刪除

在FreeRTOS基礎(chǔ)系列《FreeRTOS系列第10篇---FreeRTOS任務(wù)創(chuàng)建和刪除》中介紹了任務(wù)創(chuàng)建API函數(shù)xTaskCreate()，我們這里先回顧一下這個(gè)函數(shù)的聲明：

BaseType_t xTaskCreate(
    TaskFunction_tp vTaskCode,
    const char * constpcName,
    unsigned short usStackDepth,
    void *pvParameters,
    UBaseType_t uxPriority,
    TaskHandle_t *pvCreatedTask
);

這個(gè)API函數(shù)的作用是創(chuàng)建新的任務(wù)并將它加入到任務(wù)就緒列表，函數(shù)參數(shù)含義為：

• 「pvTaskCode」：函數(shù)指針，指向任務(wù)函數(shù)的入口。任務(wù)永遠(yuǎn)不會(huì)返回（位于死循環(huán)內(nèi)）。該參數(shù)類(lèi)型TaskFunction_t定義在文件projdefs.h中，定義為：typedef void(*TaskFunction_t)( void * )，即參數(shù)為空指針類(lèi)型并返回空類(lèi)型。

• 「pcName」：任務(wù)描述。主要用于調(diào)試。字符串的最大長(zhǎng)度（包括字符串結(jié)束字符）由宏configMAX_TASK_NAME_LEN指定，該宏位于FreeRTOSConfig.h文件中。

• 「usStackDepth」：指定任務(wù)堆棧大小，能夠支持的堆棧變量數(shù)量（堆棧深度），而不是字節(jié)數(shù)。比如，在16位寬度的堆棧下，usStackDepth定義為100，則實(shí)際使用200字節(jié)堆棧存儲(chǔ)空間。堆棧的寬度乘以深度必須不超過(guò)size_t類(lèi)型所能表示的最大值。比如，size_t為16位，則可以表示堆棧的最大值是65535字節(jié)。這是因?yàn)槎褩Ｔ谏暾?qǐng)時(shí)是以字節(jié)為單位的，申請(qǐng)的字節(jié)數(shù)就是堆棧寬度乘以深度，如果這個(gè)乘積超出size_t所表示的范圍，就會(huì)溢出，分配的堆?？臻g也不是我們想要的。

• 「pvParameters」：指針，當(dāng)任務(wù)創(chuàng)建時(shí)，作為一個(gè)參數(shù)傳遞給任務(wù)。

• 「uxPriority」：任務(wù)的優(yōu)先級(jí)。具有MPU支持的系統(tǒng)，可以通過(guò)置位優(yōu)先級(jí)參數(shù)的portPRIVILEGE_BIT位，隨意的在特權(quán)（系統(tǒng)）模式下創(chuàng)建任務(wù)。比如，創(chuàng)建一個(gè)優(yōu)先級(jí)為2的特權(quán)任務(wù)，參數(shù)uxPriority可以設(shè)置為 ( 2 | portPRIVILEGE_BIT )。

• 「pvCreatedTask」：用于回傳一個(gè)句柄（ID），創(chuàng)建任務(wù)后可以使用這個(gè)句柄引用任務(wù)。

雖然xTaskCreate()看上去很像函數(shù)，但其實(shí)是一個(gè)宏，真正被調(diào)用的函數(shù)是xTaskGenericCreate()，xTaskCreate()宏定義如下所示：

#define xTaskCreate( pvTaskCode, pcName, usStackDepth,pvParameters, uxPriority, pxCreatedTask )    \
      xTaskGenericCreate( ( pvTaskCode ),( pcName ), ( usStackDepth ), ( pvParameters ), ( uxPriority ), ( pxCreatedTask), ( NULL ), ( NULL ), ( NULL ) )

可以看到,xTaskCreate比xTaskGenericCreate少了三個(gè)參數(shù)，在宏定義中，這三個(gè)參數(shù)被設(shè)置為NULL。

這三個(gè)參數(shù)用于使用靜態(tài)變量的方法分配堆棧、任務(wù)TCB空間以及設(shè)置MPU相關(guān)的參數(shù)。

一般情況下，這三個(gè)參數(shù)是不使用的，所以任務(wù)創(chuàng)建宏xTaskCreate定義的時(shí)候，將這三個(gè)參數(shù)對(duì)用戶(hù)隱藏了。

接下來(lái)的章節(jié)中，為了方便，我們還是稱(chēng)xTaskCreate()為函數(shù)，雖然它是一個(gè)宏定義。

上面我們提到了任務(wù)TCB（任務(wù)控制塊），這是一個(gè)需要重點(diǎn)介紹的關(guān)鍵點(diǎn)。

它用于存儲(chǔ)任務(wù)的狀態(tài)信息，包括任務(wù)運(yùn)行時(shí)的環(huán)境。每個(gè)任務(wù)都有自己的任務(wù)TCB。

任務(wù)TCB是一個(gè)相對(duì)比較大的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這也是情理之中的，因?yàn)榕c任務(wù)相關(guān)的代碼占到整個(gè)FreeRTOS代碼量的一半左右，這些代碼大都與任務(wù)TCB相關(guān)。

「我們先來(lái)介紹一下任務(wù)TCB數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的定義」：

typedef struct tskTaskControlBlock
{
    volatile StackType_t    *pxTopOfStack; /*當(dāng)前堆棧的棧頂,必須位于結(jié)構(gòu)體的第一項(xiàng)*/
 
    #if ( portUSING_MPU_WRAPPERS == 1 )
        xMPU_SETTINGS   xMPUSettings;      /*MPU設(shè)置,必須位于結(jié)構(gòu)體的第二項(xiàng)*/
    #endif
 
    ListItem_t          xStateListItem; /*任務(wù)的狀態(tài)列表項(xiàng)，以引用的方式表示任務(wù)的狀態(tài)*/
    ListItem_t          xEventListItem;    /*事件列表項(xiàng)，用于將任務(wù)以引用的方式掛接到事件列表*/
    UBaseType_t         uxPriority;        /*保存任務(wù)優(yōu)先級(jí)，0表示最低優(yōu)先級(jí)*/
    StackType_t         *pxStack;           /*指向堆棧的起始位置*/
    char               pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ];/*任務(wù)名字*/
 
    #if ( portSTACK_GROWTH > 0 )
        StackType_t     *pxEndOfStack;     /*指向堆棧的尾部*/
    #endif
 
    #if ( portCRITICAL_NESTING_IN_TCB == 1 )
        UBaseType_t     uxCriticalNesting; /*保存臨界區(qū)嵌套深度*/
    #endif
 
    #if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )
        UBaseType_t     uxTCBNumber;       /*保存一個(gè)數(shù)值，每個(gè)任務(wù)都有唯一的值*/
        UBaseType_t     uxTaskNumber;      /*存儲(chǔ)一個(gè)特定數(shù)值*/
    #endif
 
    #if ( configUSE_MUTEXES == 1 )
        UBaseType_t     uxBasePriority;    /*保存任務(wù)的基礎(chǔ)優(yōu)先級(jí)*/
        UBaseType_t     uxMutexesHeld;
    #endif
 
    #if ( configUSE_APPLICATION_TASK_TAG == 1 )
        TaskHookFunction_t pxTaskTag;
    #endif
 
    #if( configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS > 0 )
        void *pvThreadLocalStoragePointers[configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS ];
    #endif
 
    #if( configGENERATE_RUN_TIME_STATS == 1 )
        uint32_t        ulRunTimeCounter;  /*記錄任務(wù)在運(yùn)行狀態(tài)下執(zhí)行的總時(shí)間*/
    #endif
 
    #if ( configUSE_NEWLIB_REENTRANT == 1 )
        /* 為任務(wù)分配一個(gè)Newlibreent結(jié)構(gòu)體變量。Newlib是一個(gè)C庫(kù)函數(shù)，并非FreeRTOS維護(hù)，F(xiàn)reeRTOS也不對(duì)使用結(jié)果負(fù)責(zé)。如果用戶(hù)使用Newlib，必須熟知Newlib的細(xì)節(jié)*/
        struct _reent xNewLib_reent;
    #endif
 
    #if( configUSE_TASK_NOTIFICATIONS == 1 )
        volatile uint32_t ulNotifiedValue; /*與任務(wù)通知相關(guān)*/
        volatile uint8_t ucNotifyState;
    #endif
 
    #if( configSUPPORT_STATIC_ALLOCATION == 1 )
        uint8_t ucStaticAllocationFlags; /* 如果堆棧由靜態(tài)數(shù)組分配，則設(shè)置為pdTRUE，如果堆棧是動(dòng)態(tài)分配的，則設(shè)置為pdFALSE*/
    #endif
 
    #if( INCLUDE_xTaskAbortDelay == 1 )
        uint8_t ucDelayAborted;
    #endif
 
} tskTCB;
 
typedef tskTCB TCB_t;

「下面我們?cè)敿?xì)的介紹這個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要成員：」

指針pxTopOfStack必須位于結(jié)構(gòu)體的第一項(xiàng)，指向當(dāng)前堆棧的棧頂，對(duì)于向下增長(zhǎng)的堆棧，pxTopOfStack總是指向最后一個(gè)入棧的項(xiàng)目。

如果使用MPU，xMPUSettings必須位于結(jié)構(gòu)體的第二項(xiàng)，用于MPU設(shè)置。

接下來(lái)是狀態(tài)列表項(xiàng)xStateListItem和事件列表項(xiàng)xEventListItem，我們?cè)谏弦徽陆榻B列表和列表項(xiàng)的文章中提到過(guò)：列表被FreeRTOS調(diào)度器使用，用于跟蹤任務(wù)，處于就緒、掛起、延時(shí)的任務(wù)，都會(huì)被掛接到各自的列表中。

調(diào)度器就是通過(guò)把任務(wù)TCB中的狀態(tài)列表項(xiàng)xStateListItem和事件列表項(xiàng)xEventListItem掛接到不同的列表中來(lái)實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程的。

在task.c中，定義了一些靜態(tài)列表變量，其中有就緒、阻塞、掛起列表，例如當(dāng)某個(gè)任務(wù)處于就緒態(tài)時(shí)，調(diào)度器就將這個(gè)任務(wù)TCB的xStateListItem列表項(xiàng)掛接到就緒列表。

事件列表項(xiàng)也與之類(lèi)似，當(dāng)隊(duì)列滿(mǎn)的情況下，任務(wù)因入隊(duì)操作而阻塞時(shí)，就會(huì)將事件列表項(xiàng)掛接到隊(duì)列的等待入隊(duì)列表上。

uxPriority用于保存任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，0為最低優(yōu)先級(jí)。任務(wù)創(chuàng)建時(shí)，指定的任務(wù)優(yōu)先級(jí)就被保存到該變量中。

指針pxStack指向堆棧的起始位置，任務(wù)創(chuàng)建時(shí)會(huì)分配指定數(shù)目的任務(wù)堆棧，申請(qǐng)堆棧內(nèi)存函數(shù)返回的指針就被賦給該變量。

很多剛接觸FreeRTOS的人會(huì)分不清指針pxTopOfStack和pxStack的區(qū)別，「這里簡(jiǎn)單說(shuō)一下：」

pxTopOfStack指向當(dāng)前堆棧棧頂，隨著進(jìn)棧出棧，pxTopOfStack指向的位置是會(huì)變化的；

pxStack指向當(dāng)前堆棧的起始位置，一經(jīng)分配后，堆棧起始位置就固定了，不會(huì)被改變了。

「那么為什么需要pxStack變量呢?」

這是因?yàn)殡S著任務(wù)的運(yùn)行，堆?？赡軙?huì)溢出，在堆棧向下增長(zhǎng)的系統(tǒng)中，這個(gè)變量可用于檢查堆棧是否溢出；

如果在堆棧向上增長(zhǎng)的系統(tǒng)中，要想確定堆棧是否溢出，還需要另外一個(gè)變量pxEndOfStack來(lái)輔助診斷是否堆棧溢出，后面會(huì)講到這個(gè)變量。

字符數(shù)組pcTaskName用于保存任務(wù)的描述或名字，在任務(wù)創(chuàng)建時(shí)，由參數(shù)指定。

名字的長(zhǎng)度由宏configMAX_TASK_NAME_LEN（位于FreeRTOSConfig.h中）指定，包含字符串結(jié)束標(biāo)志。

如果堆棧向上生長(zhǎng)（portSTACK_GROWTH > 0），指針pxEndOfStack指向堆棧尾部，用于檢驗(yàn)堆棧是否溢出。

變量uxCriticalNesting用于保存臨界區(qū)嵌套深度，初始值為0。

接下來(lái)兩個(gè)變量用于可視化追蹤，僅當(dāng)宏configUSE_TRACE_FACILITY（位于FreeRTOSConfig.h中）為1時(shí)有效。

變量uxTCBNumber存儲(chǔ)一個(gè)數(shù)值，在創(chuàng)建任務(wù)時(shí)由內(nèi)核自動(dòng)分配數(shù)值（通常每創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)，值增加1），每個(gè)任務(wù)的uxTCBNumber值都不同，主要用于調(diào)試。

變量uxTaskNumber用于存儲(chǔ)一個(gè)特定值，與變量uxTCBNumber不同，uxTaskNumber的數(shù)值不是由內(nèi)核分配的，而是通過(guò)API函數(shù)vTaskSetTaskNumber()來(lái)設(shè)置的，數(shù)值由函數(shù)參數(shù)指定。

如果使用互斥量（configUSE_MUTEXES == 1），任務(wù)優(yōu)先級(jí)被臨時(shí)提高時(shí)，變量uxBasePriority用來(lái)保存任務(wù)原來(lái)的優(yōu)先級(jí)。

變量ucStaticAllocationFlags也需要說(shuō)明一下，我們前面說(shuō)過(guò)任務(wù)創(chuàng)建API函數(shù)xTaskCreate()只能使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配的方式創(chuàng)建任務(wù)堆棧和任務(wù)TCB，如果要使用靜態(tài)變量實(shí)現(xiàn)任務(wù)堆棧和任務(wù)TCB就需要使用函數(shù)xTaskGenericCreate()來(lái)實(shí)現(xiàn)。

如果任務(wù)堆?；蛉蝿?wù)TCB由靜態(tài)數(shù)組和靜態(tài)變量實(shí)現(xiàn)，則將該變量設(shè)置為pdTRUE（任務(wù)堆?？臻g由靜態(tài)數(shù)組變量實(shí)現(xiàn)時(shí)為0x01，任務(wù)TCB由靜態(tài)變量實(shí)現(xiàn)時(shí)為0x02，任務(wù)堆棧和任務(wù)TCB都由靜態(tài)變量實(shí)現(xiàn)時(shí)為0x03），如果堆棧是動(dòng)態(tài)分配的，則將該變量設(shè)置為pdFALSE。

到這里任務(wù)TCB的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就講完了，下面我們用一個(gè)例子「來(lái)講述任務(wù)創(chuàng)建的過(guò)程」，為方便起見(jiàn)，假設(shè)被創(chuàng)建的任務(wù)叫“任務(wù)A”，任務(wù)函數(shù)為vTask_A()：

TaskHandle_t xHandle；
xTaskCreate(vTask_A,”Task A”,120,NULL,1,&xHandle);

這里創(chuàng)建了一個(gè)任務(wù)，任務(wù)優(yōu)先級(jí)為1，由于硬件平臺(tái)是32為架構(gòu)，所以指定了120*4=480字節(jié)的任務(wù)堆棧，向任務(wù)函數(shù)vTask_A()傳遞的參數(shù)為空（NULL），任務(wù)句柄由變量xHandle保存。

當(dāng)這個(gè)語(yǔ)句執(zhí)行后，任務(wù)A被創(chuàng)建并加入就緒任務(wù)列表，我們這章的主要目的，就是看看這個(gè)語(yǔ)句在執(zhí)行過(guò)程中，發(fā)生了什么事情。

1.創(chuàng)建任務(wù)堆棧和任務(wù)TCB

調(diào)用函數(shù)prvAllocateTCBAndStack()創(chuàng)建任務(wù)堆棧和任務(wù)TCB。

「有兩種方式創(chuàng)建任務(wù)堆棧和任務(wù)TCB：」

一種是使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配方法，這樣當(dāng)任務(wù)刪除時(shí)，任務(wù)堆棧和任務(wù)控制塊空間會(huì)被釋放，可用于其它任務(wù)；

另一種是使用靜態(tài)變量來(lái)實(shí)現(xiàn)，在創(chuàng)建任務(wù)前定義好全局或者靜態(tài)堆棧數(shù)組和任務(wù)控制塊變量，在調(diào)用創(chuàng)建任務(wù)API函數(shù)時(shí)，將這兩個(gè)變量以參數(shù)的形式傳遞給任務(wù)創(chuàng)建函數(shù)xTaskGenericCreate()。

如果使用默認(rèn)的xTaskCreate()創(chuàng)建任務(wù)函數(shù)，則使用動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，因?yàn)榕c靜態(tài)內(nèi)存分配有關(guān)的參數(shù)不可見(jiàn)（在本文一開(kāi)始我們說(shuō)過(guò)xTaskCreate()其實(shí)是一個(gè)帶參數(shù)的宏定義，真正被執(zhí)行的函數(shù)是xTaskGenericCreate()。

參考宏xTaskCreate()的定義可以知道，xTaskCreate()對(duì)外隱藏了使用靜態(tài)內(nèi)存分配的參數(shù)，在調(diào)用xTaskGenericCreate()時(shí)，這些參數(shù)被設(shè)置為NULL。

任務(wù)堆棧成功分配后，經(jīng)過(guò)對(duì)齊的堆棧起始地址被保存到任務(wù)TCB的pxStack字段。

如果使能堆棧溢出檢查或者使用可視化追蹤功能，則使用固定值tskSTACK_FILL_BYTE（0xa5）填充堆棧。

函數(shù)prvAllocateTCBAndStack()的源碼去除斷言和不常用的條件編譯后如下所示：

static TCB_t *prvAllocateTCBAndStack( const uint16_t usStackDepth, StackType_t * const puxStackBuffer, TCB_t * const pxTaskBuffer )
{
TCB_t *pxNewTCB;
StackType_t *pxStack;

  /* 分配堆?？臻g*/
  pxStack = ( StackType_t * ) pvPortMallocAligned( ( ( ( size_t ) usStackDepth ) * sizeof( StackType_t ) ), puxStackBuffer );
  if( pxStack != NULL )
  {
      /* 分配TCB空間 */
      pxNewTCB = ( TCB_t * ) pvPortMallocAligned( sizeof( TCB_t ), pxTaskBuffer );

      if( pxNewTCB != NULL )
      {
          /* 將堆棧起始位置存入TCB*/
          pxNewTCB->pxStack = pxStack;
      }
      else
      {
          /* 如果TCB分配失敗，釋放之前申請(qǐng)的堆棧空間 */
          if( puxStackBuffer == NULL )
          {
              vPortFree( pxStack );
          }
      }
  }
  else
  {
      pxNewTCB = NULL;
  }

  if( pxNewTCB != NULL )
  {
      /* 如果需要，使用固定值填充堆棧 */
      #if( ( configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW> 1 ) || ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 ) || ( INCLUDE_uxTaskGetStackHighWaterMark== 1 ) )
      {
          /* 僅用于調(diào)試 */
          ( void ) memset( pxNewTCB->pxStack, ( int ) tskSTACK_FILL_BYTE, ( size_t ) usStackDepth * sizeof( StackType_t ) );
      }
      #endif
  }

  return pxNewTCB;
}

2.初始化任務(wù)TCB必要的字段

調(diào)用函數(shù)prvInitialiseTCBVariables()初始化任務(wù)TCB必要的字段。

在調(diào)用創(chuàng)建任務(wù)API函數(shù)xTaskCreate()時(shí)，參數(shù)pcName（任務(wù)描述）、uxPriority（任務(wù)優(yōu)先級(jí)）都會(huì)被寫(xiě)入任務(wù)TCB相應(yīng)的字段，TCB字段中的xStateListItem和xEventListItem列表項(xiàng)也會(huì)被初始化，初始化后的列表項(xiàng)如圖2-1所示。

在圖2-1中，列表項(xiàng)xEventListItem的成員列表項(xiàng)值xItemValue被初始為4，這是因?yàn)槲以趹?yīng)用中設(shè)置的最大優(yōu)先級(jí)數(shù)目configMAX_PRIORITIES為5，而xEventListItem.xItemValue等于configMAX_PRIORITIES減去任務(wù)A的優(yōu)先級(jí)（為1），即5-1=4。

這一點(diǎn)很重要，在這里xItemValue不是直接保存任務(wù)優(yōu)先級(jí)，而是保存優(yōu)先級(jí)的補(bǔ)數(shù)，這意味著xItemValue的值越大，對(duì)應(yīng)的任務(wù)優(yōu)先級(jí)越小。

FreeRTOS內(nèi)核使用vListInsert函數(shù)（詳細(xì)見(jiàn)高級(jí)篇第一章）將事件列表項(xiàng)插入到一個(gè)列表，這個(gè)函數(shù)根據(jù)xItemValue的值的大小順序來(lái)進(jìn)行插入操作。

使用宏listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY獲得列表中的第一個(gè)列表項(xiàng)的xTiemValue值總是最小，也就是優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)！

此外，TCB其它的一些字段也被初始化，比如臨界區(qū)嵌套次數(shù)、運(yùn)行時(shí)間計(jì)數(shù)器、任務(wù)通知值、任務(wù)通知狀態(tài)等。

函數(shù)prvInitialiseTCBVariables()的源碼如下所示：

static void prvInitialiseTCBVariables( TCB_t * const pxTCB, const char * const pcName, UBaseType_t uxPriority,   \
const MemoryRegion_t * const xRegions, const uint16_t usStackDepth )
{
UBaseType_t x;

  /* 將任務(wù)描述存入TCB */
  for( x = ( UBaseType_t ) 0; x < ( UBaseType_t ) configMAX_TASK_NAME_LEN; x++ )
  {
      pxTCB->pcTaskName[ x ] = pcName[ x ];
      if( pcName[ x ] == 0x00 )
      {
          break;
      }
  }
  /* 確保字符串有結(jié)束 */
  pxTCB->pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN - 1 ] = '\0';

  /* 調(diào)整優(yōu)先級(jí)，宏configMAX_PRIORITIES的值在FreeRTOSConfig.h中設(shè)置 */
  if( uxPriority >= ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES )
  {
      uxPriority = ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES - ( UBaseType_t ) 1U;
  }

  pxTCB->uxPriority = uxPriority;
  #if ( configUSE_MUTEXES == 1 )              /*使用互斥量*/
  {  
      pxTCB->uxBasePriority = uxPriority;
      pxTCB->uxMutexesHeld = 0;
  }
  #endif /* configUSE_MUTEXES */

  /*初始化列表項(xiàng)*/
  vListInitialiseItem( &( pxTCB->xStateListItem ) );
  vListInitialiseItem( &( pxTCB->xEventListItem ) );

  /* 設(shè)置列表項(xiàng)xStateListItem的成員pvOwner指向當(dāng)前任務(wù)控制塊 */
  listSET_LIST_ITEM_OWNER( &( pxTCB->xStateListItem ), pxTCB );

  /* 設(shè)置列表項(xiàng)xEventListItem的成員xItemValue*/
  listSET_LIST_ITEM_VALUE( &( pxTCB->xEventListItem ), ( TickType_t ) configMAX_PRIORITIES - ( TickType_t ) uxPriority );
  /* 設(shè)置列表項(xiàng)xEventListItem的成員pvOwner指向當(dāng)前任務(wù)控制塊 */
  listSET_LIST_ITEM_OWNER( &( pxTCB->xEventListItem ), pxTCB );

  #if ( portCRITICAL_NESTING_IN_TCB ==1 )    /*使能臨界區(qū)嵌套功能*/
  {  
      pxTCB->uxCriticalNesting = ( UBaseType_t ) 0U;
  }
  #endif /* portCRITICAL_NESTING_IN_TCB */

  #if ( configUSE_APPLICATION_TASK_TAG == 1 ) /*使能任務(wù)標(biāo)簽功能*/
  {  
      pxTCB->pxTaskTag = NULL;
  }
  #endif /* configUSE_APPLICATION_TASK_TAG */

  #if ( configGENERATE_RUN_TIME_STATS == 1 )  /*使能事件統(tǒng)計(jì)功能*/
  {
      pxTCB->ulRunTimeCounter = 0UL;
  }
  #endif /* configGENERATE_RUN_TIME_STATS */

  #if ( portUSING_MPU_WRAPPERS == 1 )         /*使用MPU功能*/
  {
      vPortStoreTaskMPUSettings( &( pxTCB->xMPUSettings ), xRegions, pxTCB->pxStack, usStackDepth );
  }
  #else /* portUSING_MPU_WRAPPERS */
  {
      ( void ) xRegions;
      ( void ) usStackDepth;
  }
  #endif /* portUSING_MPU_WRAPPERS */

  #if( configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS != 0 )/*使能線(xiàn)程本地存儲(chǔ)指針*/
  {
      for( x = 0; x < ( UBaseType_t )configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS; x++ )
      {
          pxTCB->pvThreadLocalStoragePointers[ x ] = NULL;
      }
  }
  #endif

  #if ( configUSE_TASK_NOTIFICATIONS == 1 )   /*使能任務(wù)通知功能*/
  {
      pxTCB->ulNotifiedValue = 0;
      pxTCB->ucNotifyState = taskNOT_WAITING_NOTIFICATION;
  }
  #endif

  #if ( configUSE_NEWLIB_REENTRANT == 1 )     /*使用Newlib*/
  {
      _REENT_INIT_PTR( ( &( pxTCB->xNewLib_reent ) ) );
  }
  #endif

  #if( INCLUDE_xTaskAbortDelay == 1 )
  {
      pxTCB->ucDelayAborted = pdFALSE;
  }
  #endif
}

3.初始化任務(wù)堆棧

調(diào)用函數(shù)pxPortInitialiseStack()初始化任務(wù)堆棧，并將最新的棧頂指針賦值給任務(wù)TCB的pxTopOfStack字段。

調(diào)用函數(shù)pxPortInitialiseStack()后，相當(dāng)于執(zhí)行了一次系統(tǒng)節(jié)拍時(shí)鐘中斷:將一些重要寄存器入棧。

雖然任務(wù)還沒(méi)開(kāi)始執(zhí)行,也并沒(méi)有中斷發(fā)生,但看上去就像寄存器已經(jīng)被入棧了，并且部分堆棧值被修改成了我們需要的已知值。

對(duì)于不同的硬件架構(gòu)，入棧的寄存器也不相同，所以我們看到這個(gè)函數(shù)是由移植層提供的。

對(duì)于Cortex-M3架構(gòu)，需要依次入棧xPSR、PC、LR、R12、R3~R0、R11~R4，假設(shè)堆棧是向下生長(zhǎng)的，初始化后的堆棧如圖3-1所示。

在圖3-1中我們看到寄存器xPSR被初始為0x01000000，其中bit24被置1，表示使用Thumb指令；

寄存器PC被初始化為任務(wù)函數(shù)指針vTask_A，這樣當(dāng)某次任務(wù)切換后，任務(wù)A獲得CPU控制權(quán)，任務(wù)函數(shù)vTask_A被出棧到PC寄存器，之后會(huì)執(zhí)行任務(wù)A的代碼；

LR寄存器初始化為函數(shù)指針prvTaskExitError,這是由移植層提供的一個(gè)出錯(cuò)處理函數(shù)。

當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，LR被設(shè)置成中斷要返回的地址，但是每個(gè)任務(wù)都是一個(gè)死循環(huán)，正常情況下不應(yīng)該退出任務(wù)函數(shù)，所以一旦從任務(wù)函數(shù)退出，說(shuō)明那里出錯(cuò)了，這個(gè)時(shí)候會(huì)調(diào)用寄存器LR指向的函數(shù)來(lái)處理這個(gè)錯(cuò)誤，即prvTaskExitError；

根據(jù)ATPCS（「ARM-Thumb過(guò)程調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)」），我們知道子函數(shù)調(diào)用通過(guò)寄存器R0~R3傳遞參數(shù)，在文章的最開(kāi)始講xTaskCreate()函數(shù)時(shí)，提到這個(gè)函數(shù)有一個(gè)空指針類(lèi)型的參數(shù)pvParameters，當(dāng)任務(wù)創(chuàng)建時(shí)，它作為一個(gè)參數(shù)傳遞給任務(wù)，所以這個(gè)參數(shù)被保存到R0中，用來(lái)向任務(wù)傳遞參數(shù)。

任務(wù)TCB結(jié)構(gòu)體成員pxTopOfStack表示當(dāng)前堆棧的棧頂，它指向最后一個(gè)入棧的項(xiàng)目，所以在圖中它指向R4，TCB結(jié)構(gòu)體另外一個(gè)成員pxStack表示堆棧的起始位置，所以在圖中它指向堆棧的最開(kāi)始處。

4.進(jìn)入臨界區(qū)

調(diào)用taskENTER_CRITICAL()進(jìn)入臨界區(qū)，這是一個(gè)宏定義，最終進(jìn)入臨界區(qū)的代碼由移植層提供。

5.當(dāng)前任務(wù)數(shù)量增加1

在tasks.c中 ，定義了一些靜態(tài)私有變量，用來(lái)跟蹤任務(wù)的數(shù)量或者狀態(tài)等等，其中變量uxCurrentNumberOfTasks表示當(dāng)前任務(wù)的總數(shù)量，每創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)，這個(gè)變量都會(huì)增加1。

6.為第一次運(yùn)行做必要的初始化

如果這是第一個(gè)任務(wù)（uxCurrentNumberOfTasks等于1），則調(diào)用函數(shù)prvInitialiseTaskLists()初始化任務(wù)列表。FreeRTOS使用列表來(lái)跟蹤任務(wù)，在tasks.c中，定義了靜態(tài)類(lèi)型的列表變量：

PRIVILEGED_DATAstatic List_t pxReadyTasksLists[ configMAX_PRIORITIES ];/*按照優(yōu)先級(jí)排序的就緒狀態(tài)任務(wù)*/
PRIVILEGED_DATAstatic List_t xDelayedTaskList1;                        /*延時(shí)的任務(wù) */
PRIVILEGED_DATAstatic List_t xDelayedTaskList2;                        /*延時(shí)的任務(wù) */
PRIVILEGED_DATAstatic List_t xPendingReadyList;                        /*任務(wù)已就緒,但調(diào)度器被掛起 */
 
#if (INCLUDE_vTaskDelete == 1 )
    PRIVILEGED_DATA static List_t xTasksWaitingTermination;             /*任務(wù)已經(jīng)被刪除,但內(nèi)存尚未釋放*/
#endif
 
#if (INCLUDE_vTaskSuspend == 1 )
    PRIVILEGED_DATA static List_t xSuspendedTaskList;                   /*當(dāng)前掛起的任務(wù)*/
#endif

現(xiàn)在這些列表都要進(jìn)行初始化，會(huì)調(diào)用API函數(shù)vListInitialise()初始化列表，這個(gè)函數(shù)在《FreeRTOS高級(jí)篇1---FreeRTOS列表和列表項(xiàng)》中講過(guò)，每個(gè)列表的初始化方式都是相同的。

以就緒態(tài)列表pxReadyTasksLists[0]為例，初始化后如圖6-1所示：

「函數(shù)prvInitialiseTaskLists()的源代碼如下所示：」

static void prvInitialiseTaskLists( void )
{
UBaseType_tuxPriority;

  for( uxPriority = ( UBaseType_t ) 0U; uxPriority < ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES; uxPriority++ )
  {
      vListInitialise( &( pxReadyTasksLists[ uxPriority ] ) );
  }

  vListInitialise( &xDelayedTaskList1 );
  vListInitialise( &xDelayedTaskList2 );
  vListInitialise( &xPendingReadyList );

  #if ( INCLUDE_vTaskDelete == 1 )
  {
      vListInitialise( &xTasksWaitingTermination );
  }
  #endif /* INCLUDE_vTaskDelete */

  #if ( INCLUDE_vTaskSuspend == 1 )
  {
      vListInitialise( &xSuspendedTaskList );
  }
  #endif /* INCLUDE_vTaskSuspend */

  /* Start with pxDelayedTaskList using list1 and the pxOverflowDelayedTaskListusing list2. */
  pxDelayedTaskList = &xDelayedTaskList1;
  pxOverflowDelayedTaskList = &xDelayedTaskList2;
}

7.更新當(dāng)前正在運(yùn)行的任務(wù)TCB指針

tasks.c中定義了一個(gè)任務(wù)TCB指針型變量：

PRIVILEGED_DATA TCB_t * volatile pxCurrentTCB= NULL;

這是一個(gè)全局變量，在tasks.c中只定義了這一個(gè)全局變量。

這個(gè)變量用來(lái)指向當(dāng)前正在運(yùn)行的任務(wù)TCB，我們需要多了解一下這個(gè)變量。

FreeRTOS的核心是確保處于優(yōu)先級(jí)最高的就緒任務(wù)獲得CPU運(yùn)行權(quán)。

在下一章講述任務(wù)切換時(shí)會(huì)知道，任務(wù)切換就是找到優(yōu)先級(jí)最高的就緒任務(wù)，而找出的這個(gè)最高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的TCB，就被賦給變量pxCurrentTCB。

如果調(diào)度器還沒(méi)有準(zhǔn)備好（程序剛開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)先創(chuàng)建幾個(gè)任務(wù)，之后才會(huì)啟動(dòng)調(diào)度器），并且新創(chuàng)建的任務(wù)優(yōu)先級(jí)大于變量pxCurrentTCB指向的任務(wù)優(yōu)先級(jí)，則設(shè)置pxCurrentTCB指向當(dāng)前新創(chuàng)建的任務(wù)TCB（確保pxCurrentTCB指向優(yōu)先級(jí)最高的就緒任務(wù)）。

if( xSchedulerRunning == pdFALSE )
{
    if( pxCurrentTCB->uxPriority <= uxPriority )
    {
        pxCurrentTCB = pxNewTCB;
    }
    else
    {
        mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
    }
}

8.將新創(chuàng)建的任務(wù)加入就緒列表數(shù)組

調(diào)用prvAddTaskToReadyList(pxNewTCB)將創(chuàng)建的任務(wù)TCB加入到就緒列表數(shù)組中，任務(wù)的優(yōu)先級(jí)確定了加入到就緒列表數(shù)組的哪個(gè)下標(biāo)。

比如我們新創(chuàng)建的任務(wù)優(yōu)先級(jí)為1，則這個(gè)任務(wù)被加入到列表pxReadyTasksLists[1]中。

prvAddTaskToReadyList()其實(shí)是一個(gè)宏，由一系列語(yǔ)句組成，去除其中的跟蹤宏外，這個(gè)宏定義如下所示：

#defineprvAddTaskToReadyList( pxTCB )                        \
    taskRECORD_READY_PRIORITY( ( pxTCB)->uxPriority );       \
    vListInsertEnd( &( pxReadyTasksLists[ (pxTCB )->uxPriority ] ), &( ( pxTCB )->xStateListItem ) );

宏taskRECORD_READY_PRIORITY()用來(lái)更新變量uxTopReadyPriority，這個(gè)變量在tasks.c中定義為靜態(tài)變量，記錄處于就緒態(tài)的最高任務(wù)優(yōu)先級(jí)。

這個(gè)變量「參與了FreeRTOS的最核心代碼」：確保處于優(yōu)先級(jí)最高的就緒任務(wù)獲得CPU運(yùn)行權(quán)。它在這里參與如何最快的找到優(yōu)先級(jí)最高的就緒任務(wù)。

為了最快，不同的架構(gòu)會(huì)各顯神通，一些架構(gòu)還有特殊指令可用，所以這個(gè)宏由移植層提供。

我們會(huì)在下一章介紹任務(wù)切換時(shí)，以Cortex-M3架構(gòu)為例，詳細(xì)介紹如何最快的找到優(yōu)先級(jí)最高的就緒任務(wù)。

函數(shù)vListInsertEnd()將列表項(xiàng)插入到列表末端，在《FreeRTOS高級(jí)篇1---FreeRTOS列表和列表項(xiàng)》中已經(jīng)提到過(guò)，這里會(huì)結(jié)合著例子再看一下這個(gè)函數(shù)。

從前面我們知道，在調(diào)用函數(shù)vListInsertEnd()之前，就緒列表pxReadyTasksLists[1]和任務(wù)TCB的狀態(tài)列表項(xiàng)xStateListItem都已經(jīng)初始化好了，見(jiàn)圖6-1和圖2-1，為了方便查看，我們將這兩幅圖合成一副，見(jiàn)圖8-1。

調(diào)用vListInsertEnd(a，b)會(huì)將列表項(xiàng)b，插入到列表a的后面，函數(shù)執(zhí)行完畢后，列表和列表項(xiàng)的關(guān)系如圖8-2所示。

在此基礎(chǔ)上，假設(shè)又創(chuàng)建了任務(wù)B，任務(wù)A和任務(wù)B優(yōu)先級(jí)相同，都為1。

和任務(wù)A一樣，任務(wù)B也有它自己的任務(wù)TCB，其中的狀態(tài)列表項(xiàng)字段xStateListItem也要插入到列表pxReadyTasksLists[1]中，新的列表和列表項(xiàng)如圖8-3所示。

9.退出臨界區(qū)

調(diào)用taskEXIT_CRITICAL()退出臨界區(qū)，這是一個(gè)宏定義，最終退出臨界區(qū)的代碼由移植層提供。

10.執(zhí)行上下文切換

如果上面的步驟都正確執(zhí)行，并且調(diào)度器也開(kāi)始工作，則判斷當(dāng)前任務(wù)的優(yōu)先級(jí)是否大于新創(chuàng)建的任務(wù)優(yōu)先級(jí)。

如果新創(chuàng)建的任務(wù)優(yōu)先級(jí)更高，則調(diào)用taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION()強(qiáng)制進(jìn)行一次上下文切換，切換后，新創(chuàng)建的任務(wù)將獲得CPU控制權(quán)，精簡(jiǎn)后的代碼如下所示。

if( xReturn == pdPASS )
{
    if( xSchedulerRunning != pdFALSE )
    {
        /* 如果新創(chuàng)建的任務(wù)優(yōu)先級(jí)大于當(dāng)前任務(wù)優(yōu)先級(jí)，則新創(chuàng)建的任務(wù)應(yīng)該被立即執(zhí)行。*/
        if(pxCurrentTCB->uxPriority < uxPriority )
        {
            taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION();
        }
    }
}

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