深度解剖~ FreeRtos阅读笔记2 任务创建

2.任务创建

开始源码阅读，这里我使用了TI cc3200 cortex m4的学习板，由TI提供移植后的freertos。

xTaskGenericCreate 函数用来创建一个新任务，在调度器启动前和启动后都可以创建。Freertos在调度器启动后至少会有一个任务在运行，即使开发者不去创建任务。源码中使用TCB结构体存放一个任务的所有信息，控制了某个TCB便是控制一个任务的运行状态。一个TCB将会根据需要在不同链表内重复插入和移除，比如等待被调度的任务插在readylist中，被taskDelay等函数睡过的任务则乖乖的放入xDelayedTaskList1或xDelayedTaskList2中，这两个链表有点意思，它们解决了systick变量溢出的问题，不过今天它不是主角，以后再细细说来。

先贴一些结构体图片（//亿图画的，绘画水平勉强能看。。。）

(TCB)

一个TCB中有两个链表节点，链表本身和节点并不完全相同，链表只保留了几个指针，其它元素根本使用不到，所以被叫做mini_list_item:

(LIST)

看清楚了任务及链表结构体组成，开始主流程分析。

(任务创建流程图)

2.1 prvAllocateTCBAndStack函数： 创建TCB 

Freertos在堆上分配一块TCB大小的空间，分配成功后便给任务分配一块任务栈空间，大小由开发者参数决定。注意栈分配时具有判断：

vPortMallocAligned( x,puxStackBuffer)(((puxStackBuffer)==NULL)?(pvPortMalloc((x))):(puxStackBuffer ))

表示开发者可以自己给出任务栈地址，也可以填入NULL选择让freertos分配(分配大小为栈深度*StackType_t)

2.2 prvInitialiseTCBVariables 、prvInitialiseTaskLists：负责初始化

栈指针对齐后便开始初始化该TCB上的一些链表节点prvInitialiseTCBVariables()。

如果是第一次创建任务还会初始化所有链表prvInitialiseTaskLists()。这些链表变量是task.c中的全局变量。链表中的一些值如MAX_DELAY一般会充当哨兵，当某个节点要按照升序或降序插入时查到该值freertos就认为这条链表已经遍历到尾部或头部了。

初始化后一些指针会做更改，还是贴一张图吧，有图有真相：

（链表及TCB初始化后）

不止这些，task.c中的全局变量还有很多，估计这些全局变量将会成为学习的难点。换我老师的话他肯定会说：恶心死人家了~。嗯 他是个男的。

2.3  pxPortInitialiseStack 执行”压栈”

看源码时这里困扰了我好久，真是玩手游的时间都用上了，任务都没做！。还好葵花宝典上有答案，神书！引用M3权威指南上一句翻译:响应异常的第一个步骤是保存现场，硬件自动压栈，压栈后内存分布：

再对比看下pxPortInitialiseStack源码：

对比下两者动作，这个函数是对任务栈进行了一些处理，并且是模仿异（中断）常发生时所产生的动作。为什么一定要模仿异常进行压栈，首先扯一下freertos任务调度工作的大致流程:

当一个任务在运行时，还有一个内部定时器（systick）在一直计数，它的计数值和时钟频率比值可以看成为时间片。时间片到，中断产生，中断里进行上下文切换也就是pxReadyTasksLists中的任务被依次调度。硬件进入中断时便会自动压栈，不需要我们处理。中断处理完成后到中断返回时硬件还会自动出栈，还原进入异常前的状态。进中断时压入的那些寄存器值都被一一出栈 如：PC、R0、等寄存器。这样pxPortInitialiseStack函数就好理解了，它先对新创建的任务进行手动压栈，还多包括了R4-R11，那么在调度中断结束后这些手动压入的值将被自动出栈，进而使新任务运行起来。

PC位置是传入的任务主程序句柄地址，也就是我们要任务执行的主要程序，LR(返回寄存器)的位置是prvTaskExitError函数地址，这个函数里是一个for死循环加错误信息打印，也就是一个任务永远不应从它的主程序中跳出，如果跳出则进入prvTaskExitError函数打印错误。一般任务句柄里都会用for(;;)把它写死永远循环执行，需要退出时要将该任务delete掉。

2.4插入链表

一个TCB创建并初始化完成后便开始插入readylist等待被调度。Readylist是一个数组，优先级最大数决定它的大小，一个TCB在插入时是按照优先级作为索引插入的，这里说TCB插入不太准确，应该是TCB上的链表节点插入链表。

举个栗子，第一个任务插入空链表时的状况：

看着有些凌乱的话再来张大意图：

如果此时又有一个相同优先级任务创建，链表变为：

简略图:

链表将节点依次连接，组成TCB链，调度器运行时会按照需要遍历链表进而控制任务。

链表头部都带有index元素，一开始它指向链表本身，所以我们上面创建的任务都像是在尾插，事实上调度器运行起来时新节点插入的位置由index决定。

图解：

调度开始后index开始遍历readylist，它指向第一个TCB时，第一个TCB得到cpu资源开始运行，变为：

注意红色线条变化，此时如果动态创建了一个优先级相同的任务TCB3，应该把它插在哪里？如果插在TCB后面那对于TCB2来说是不公平的，因为人家排队等待cpu的时间肯定比TCB3长，其实仔细考虑下插在链表头部或尾部都是不规律的，只有利用index。Freertos将其插在TCB前面，以保证是当前链表最后一个得到cpu资源的位置:

新TCB进入链表，任务创建流程就快结束了。在程序尾部有些优先级判断，如果创建的任务比当前运行的任务优先级要高则使能PendSV中断。如果调度器是停止的则直接更改当前TCB指针。