FreeRTOS的源代码个人分析（基于KEIL下STM32F103的Demo）三

最新推荐文章于 2025-05-28 20:20:38 发布

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#源代码 #stm32 #FreeRTOS

本文详细分析了FreeRTOS在CM3内核下的任务启动与切换原理，重点讲解了PendSV异常在任务切换中的作用，以及CM3内核在响应中断时的入栈、取向量和堆栈指针更新过程。通过理解这些机制，可以更好地掌握FreeRTOS在STM32上的任务调度机制。

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任务启动与任务切换
- CM3内核任务切换原理
- FreeRTOS进行任务切换的过程

任务启动与任务切换

CM3内核任务切换原理

无论是FreeRTOS还是ucos，其任务切换的实现都是用汇编来写的，在STM32上都是用的PendSV这个系统异常来进行任务切换的，参考权威手册121页有关SVC与PendSV的介绍。通过置位NVIC的ICSR中断控制及状态寄存器（131页）地址0xE000_ED04来悬起SVC及PendSV异常，在异常中进行任务切换工作。
CM3内核一共有R0-R15共16个寄存器加上四个特殊功能寄存器
这里写图片描述

其中R0-R12是用来存储程序运行时的临时存储值，R13是栈地址指针寄存器，R14是执行BL程序跳转时用来存储跳转处下一行代码地址用的寄存器，R15总是指向当前执行代码的下一行地址的寄存器。BASEPRI寄存器是用来按优先级来屏蔽中断的，向里面写入数值后会屏蔽大于该值的优先级的中断，FreeRTOS就是在这里来屏蔽中断进入临界区的，写0的话就不屏蔽。（ucos ii是用PRIMASK来屏蔽的，这个寄存器置1后会屏蔽所有可编程优先级的中断，只有几个负优先级的中断可以响应，这个屏蔽非常彻底。）
任务切换就是要先恢复任务最后运行时R0-R12寄存器的值，然后恢复栈指针的地址，xPSR状态寄存器的值，恢复LR寄存器的值，最后用BX LR来跳转到任务上次运行处的位置，此时上次运行后R0-R12的值都恢复原状，栈指针也被恢复，这样任务就会按原来的状态继续运行下去。这是任务切换的原理，无论是什么CPU（x86或者ARM），进行任务切换时，要做的事都大同小异。

FreeRTOS进行任务切换的过程

CM3内核的PendSV异常是专为操作系统用来任务切换用的，无论是FreeRTOS还是ucos在CM3上进行任务切换的过程和代码都差不多的。
当CM3开始响应一个中断时，会在它看不见的体内奔涌起三股暗流：（见权威指南中文版135页）
- 入栈：把8个寄存器的值压入栈
- 取向量：从向量表中找出对应的服务程序入口地址
- 选择堆栈指针MSP/PSP，更新堆栈指针SP，更新连接寄存器LR，更新程序计数器PC

FreeRTOS要进行任务切换时，是使用在portmacro.h里的portYIELD()宏来实现的

/* Scheduler utilities. */
#define portYIELD()                                                             \
{
   
                                                                                  \
    /* Set a PendSV to request a context switch. */                             \
    portNVIC_INT_CTRL_REG = portNVIC_PENDSVSET_BIT;                             \
                                                                                \
    /* Barriers are nor