RTOS里的任务切换

最新推荐文章于 2025-10-15 20:06:03 发布
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博客围绕RTOS展开，提出为何要有任务的疑问，核心聚焦于RTOS里的任务切换相关内容，属于信息技术中操作系统相关领域。

为什么要有任务？

RTOS内核技术研究：任务上下文切换
坚韧与专注
07-07 1841
前言 任务或线程，可以理解为一个个功能函数，RTOS内核的作用，就是管理这些功能函数，并且，根据某些策略，如任务优先级、时间片，进行切换。 切换任务，不单单是PC指针的跳转，还需要保存各个任务的现场，各个任务的现场，称之为：任务上下文，context。 就像裸机系统，中断来了，CPU会自动保存现场，如一些必要的CPU寄存器的值，当前的PC指针放到LR寄存器，中断处理完回来，执行LR，恢复CPU寄存器的值，程序继续正常的接着上次被中断的地方跑，而不是重新跑...
rtos最小任务切换的实现 keil软件仿真 stm32 PendSV
qq_29832469的博客
05-30 1304
本例子实现了一个 rtos 最小的任务切换功能，使用 keil 仿真功能，在模拟的 stm32f103 的器件上实现了使用 PendSV 中断切换线程的效果。
STM32F1+HAL库+FreeTOTS学习9——任务切换
weixin_67907028的博客
09-03 1812
FreeRTOS任务切换的整个流程，工程中发生的细节讲解
FreeRTOS任务切换流程说明
07-06
FreeRTOS的核心就是任务管理，而任务管理的核心就是如何进行任务切换。
实现 RTOS 操作系统 【一】基本任务切换实现、时间片切换、空闲任务
最新发布
nullccc的博客
10-15 954
本文介绍了基于Cortex-M架构实现任务切换的三种方法：1. 基本任务切换：通过保存和恢复任务堆栈及寄存器状态实现，使用PendSV中断进行上下文切换。2. 时间片轮转调度：利用SysTick定时器定期触发任务切换，实现公平的CPU时间分配。3. 空闲任务机制：在没有任务就绪时运行空闲任务，并增加了任务延时功能。文章详细阐述了任务控制块、堆栈初始化、上下文切换的汇编实现等关键机制，展示了如何通过修改PSP/MSP指针和寄存器操作实现任务切换。最后通过实验验证了三种调度方式的效果，包括任务交替执行、时间片轮
详解FreeRTOS开发过程（四）-- 任务切换
weixin_64581379的博客
07-23 1703
PendSV(可挂起的系统调用)异常对 OS 操作非常重要，其优先级可以通过编程设置。可以通过将中断控制和状态寄存器ICSR的bit28，也就是PendSV的挂起位置1来触发PendSV中断。与SVC异常不同，它是不精确的，因此它的挂起状态可在更高优先级异常处理内设置，且会在高优先级处理完成后执行。利用该特性，若将PendSV设置为最低的异常优先级，可以让PendSV异常处理在所有其他中断处理完成后执行，这对于上下文切换非常有用，也是各种OS设计中的关键。
FreeRTOS任务切换核心机制揭秘
2402_83411382的博客
09-12 1438
FreeRTOS任务切换机制解析 FreeRTOS通过PendSV异常实现高效任务切换。核心机制包括： 利用SysTick中断触发调度，PendSV异常处理实际切换 每个任务拥有独立栈空间(PSP)和任务控制块(TCB) 切换时完整保存寄存器现场到任务栈(R0-R12,LR,PC,xPSR等) 通过保存/恢复PC实现执行流无缝衔接 MSP用于内核/异常处理，PSP用于用户任务 EXC_RETURN值指导异常返回方式 这种硬件辅助的上下文切换设计确保了任务调度的可靠性和实时性。
STM32移植FreeRTOS系列十三：RTOS中的任务切换流程（总结）
qq_51519091的博客
07-09 5219
在了解PendSV（可悬起系统调用）前，需要对SVC（系统服务调用，亦简称系统调用）有一个基本的概念。SVC 用于产生系统函数的调用请求。例如，操作系统不让用户程序直接访问硬件，而是通过提供一些系统服务函数，用户程序使用 SVC 发出对系统服务函数的呼叫请求，以这种方法调用它们来间接访问硬件。因此，当用户程序想要控制特定的硬件时，它就会产生一个 SVC 异常，然后操作系统提供的 SVC 异常服务例程得到执行，它再调用相关的操作系统函数，后者完成用户程序请求的服务。
车载嵌入式系统调试工具Trace32 - 实现RTOS任务切换实时跟踪分析
02-09
文章重点讲述了Trace32通过GPIO信号和Mixed-Signal Probe技术实现实时操作系统（RTOS）任务切换的实时跟踪方法，并以FreeRTOS在PolarFire SoC平台上的具体应用案例进行了演示。Trace32凭借其高性能的代码覆盖分析、...
RTOS的任务切换和中断嵌套对栈空间的影响
ftdlk的博客
03-05 396
在 ​RTX5​ 实时操作系统中，任务切换和中断嵌套对栈空间的影响是嵌入式系统设计中需要重点关注的问题。​1. 硬件检测（Cortex-M特性）​。​3. 主栈（MSP）分配建议。​三、任务栈与中断栈的隔离设计。​一、任务切换对栈空间的影响。​2. 多任务切换的叠加影响。​二、中断嵌套对栈空间的影响。​2. RTX5与中断的交互。​2. RTX5配置示例。​1. 任务上下文保存。​四、栈溢出检测与防护。​1. 中断处理机制。​五、总结与推荐配置。
【深入学习51单片机】一、基于8051的RTOS内核任务切换堆栈过程剖析
幻蜗的笔记
12-22 2787
裸机写的多了自然会对rtos感兴趣，最有意思的莫过于任务切换了，可以在多个死循环里面跳转，很神奇的样子。 本文程序是网上一个基于8051的简易os，从哪里下的已经忘了。。。（好像是51黑，但搜不到了，，，下载链接放在文章末尾）核心有两点： 现场保存，也就是任务堆栈切换 程序指针或者说程序计数器PC的操作 其实都是通过操作SP来完成的。只要在切换任务时保存当前任务堆栈，然后切换到目标任务堆栈就完成了堆栈切换。 而PC的切换也是通过操作SP来完成，程序在进入中断程序时PC也会入栈，这样操作堆栈就间接的操作了P
DIY简单的RTOS（二）任务切换
qq_40318498的博客
07-26 1594
从系统的角度看，任务是竞争系统资源的最小运行单元。任务可以使用或等待CPU、使用内存空间等系统资源，并独立于其它任务运行。 项目地址 任务控制块 在其他RTOS中，任务一般是由：任务堆栈、任务控制块和任务函数三部分组成。 任务堆栈：上下文切换的时候用来保存任务的工作环境，就是STM32的内部寄存器值。 任务控制块：任务控制块用来记录任务的各个属性。 任务函数：由用户编写的任务处理代码（一般无返回值，单个void *参数，不会返回） void task1Entry(void *param){ f
RTOS的任务切换核心程序
qq224feng的博客
10-19 819
用FreeRTOS也有断时间了，但是由于不理解底层的源代码，所以用起来不舒服。尝试去阅读FreeRTOS的源代码，由于缺少对RTOS的整体架构的理解，总是顾头不顾尾。于是想自己尝试编写RTOS，做一个简单的任务的切换。荣幸听了一位大神的从0到1写RTOS，才有勇气到这里发表一些小小的个人理解。这篇文章主要是我对RTOS任务切换核心程序的理解。 任务开始时，先创建任务栈寄存器，并对对其进行初始化。这...
STM32F103 FreeRTOS任务启动与切换流程
billionguy的博客
06-24 2533
SVC_Handler是用于启动第一个任务的中断； PendSV_Handler是用于每次任务切换中断； SysTick_Handler是一个定时器，比如一个任务运行3s,这3s就是用这个定时器来计时得到的。 至于为什么这些操作要放在这几个中断内进行，这是因为CM3内核有两种模式：用户和特权，模式不同，权限不同，有些操作需要在特权模式下进行。 具体的代码分析放在后面，现在只了解存在这三个中断。 接下来直接进入到main函数 ———————————————— 版权声明：本文为优快云博主「飞临云」的原创文章，
FreeRTOS系列---任务切换详解
就是菜啊！
02-24 1461
理解 FreeRTOS 的任务切换原理需要深入其调度器（Scheduler）和硬件移植层（Port Layer）的实现。结合源码调试工具（如 OpenOCD 或 J-Link），可以更直观地观察切换过程。PendSV 是低优先级异常，确保所有中断处理完成后再切换任务。需要精确控制寄存器的保存/恢复顺序，且必须与硬件中断机制配合。该全局指针始终指向当前运行任务的 TCB，切换时会更新。：通过 PendSV 异常延迟切换请求，确保原子性。：通过任务栈实现上下文的无缝保存与恢复。FreeRTOS 的任务切换是。
RTOS线程切换的过程和原理
kevin1499的博客
03-28 2029
本文详细介绍了RTOS线程切换过程和原理。
浅谈RTOS中的多任务切换（基于UC/OS iii）
qq_41071072的博客
05-13 1247
浅谈RTOS中的多任务切换（基于UC/OS iii） 文章目录浅谈RTOS中的多任务切换（基于UC/OS iii）一. 简介二.主要变量1.全局变量2.局部变量三.主要函数1.C语言函数2.ARM汇编函数四.总流程五.结果六.后记（含代码链接） 一. 简介   RTOS中的多任务切换是操作系统与裸机编程的一个非常大的区别，一般逻辑变成运行在一个循环内，裸机编程很难实现两个事件的并行（这里的并行指的是宏观的并行），但是在操作系统中我们可以在逻辑上面实现两个任务的并行。每一个任务在操作系统层面可以看成一个进程，
RTOS任务切换原理与实现
weixin_45217215的博客
11-13 1930
RTOS学习随笔之任务切换
freertos学习之路 ，第一章，写一个简单的任务切换。
weixin_42150905的博客
07-23 330
在freertos中创建静态任务的一般步骤 第一步 任务栈 第二步 写一个任务函数 第三步 任务控制块 tcb（控制块的英文名字） 动态创建任务的步骤， 任务句柄 static TaskHandle_t Task_Handle = NULL; 创建一个任务的任务句柄 接下来在主函数里面开启 BaseType_t xReturn = pdPASS; //d定义创建信息的返回值 ...
rtos触发任务切换的时机
09-06
<think> 我们正在讨论RTOS中任务切换的时机。根据用户的要求，我将结合之前提供的引用内容来回答。用户之前的问题中提到嘀嗒定时器（SysTick）的作用，现在转向任务切换的时机。因此，我们需要分析RTOS在哪些情况下会触发任务切换。 参考引用[1]，其中提到了RTOS中任务切换的“两步走”机制：通过SVC请求切换，然后由PendSV实际执行切换，以避免在高优先级中断中直接切换导致的问题。同时，引用[2]中提到了TCB（任务控制块）在任务切换中的作用，包括保存和恢复上下文。 任务切换的时机通常包括： 1. **时间片耗尽**：由SysTick定时器中断触发，当任务的时间片用完时，调度器会切换任务。 2. **任务主动挂起或延时**：任务调用如 `vTaskDelay()` 等函数，主动让出CPU。 3. **任务同步事件**：如任务等待信号量、队列、事件组等同步对象时，可能会阻塞，从而触发切换。 4. **中断服务程序（ISR）中释放信号**：当ISR释放了一个信号量或发送消息给更高优先级的任务时，可能会触发切换（但实际切换可能延迟到PendSV执行）。 5. **任务优先级变化**：如改变任务的优先级，可能导致更高优先级任务就绪。 6. **任务删除或创建**：删除当前任务或创建了更高优先级的任务。 其中，引用[1]提到的“两步走”机制特别适用于中断上下文中的切换请求，避免直接切换带来的问题。例如，在中断服务程序中，如果需要切换任务，会触发PendSV异常，然后等中断退出后执行切换。 因此，触发任务切换的时机可以分为两类： - **主动请求**：任务自身调用RTOS服务函数（如延时、挂起、释放资源等）而导致的任务切换。 - **被动触发**：由系统事件（如定时器中断、外部中断等）引起，比如时间片轮转或中断中释放资源唤醒更高优先级任务。 下面按照用户要求的格式，详细展开回答。 </think> ### RTOS触发任务切换的时机分析 在RTOS中，任务切换是核心调度机制，其触发时机可分为**主动触发**和**被动触发**两大类。以下基于实时系统的关键需求进行分层解析（参考“两步走”切换机制[^1]）： #### 一、主动触发时机（任务主动请求） 1. **阻塞操作** 任务主动调用阻塞函数时立即触发调度： ```c xQueueReceive(queue, &data, portMAX_DELAY); // 请求阻塞立即触发切换[^2] ``` 数学表达： 设任务状态集 $S = \{S_{ready}, S_{blocked}, S_{running}\}$ 当 $S_{running} \to S_{blocked}$ 时强制切换 2. **主动挂起** 任务调用 `vTaskSuspend()` 或 `taskYIELD()`： ```c taskYIELD(); // 通过SVC指令发起切换请求[^1] ``` 调度器响应时间： $$ t_{response} = t_{SVC} + t_{PendSV} $$ 其中 $t_{SVC}$ 为请求提交耗时，$t_{PendSV}$ 为延迟执行耗时 #### 二、被动触发时机（系统事件驱动） 1. **时间片耗尽** 由SysTick定时器周期性触发（核心机制）： ```mermaid graph LR A[SysTick中断] --> B{当前任务time_slice--} B -->|=0| C[挂起切换请求] C --> D[PendSV延迟执行] ``` 时间片计算公式： $$ t_{slice} = \frac{t_{tick}}{N_{task}} $$ 其中 $t_{tick}$ 为tick周期，$N_{task}$ 为同优先级任务数 2. **中断唤醒** 高优先级任务就绪时触发抢占： - 中断服务程序(ISR)释放信号量/消息队列 - 中断退出前检查更高优先级就绪任务 触发条件： $$ P_{new} > P_{current} $$ $P$ 表示任务优先级（值越小优先级越高） 3. **资源释放** 同步原语操作引发连锁反应： | **操作类型** | **切换触发条件** | |--------------------|--------------------------------| | 信号量give | 唤醒更高优先级等待任务 | | 互斥锁释放 | 优先级继承解除引发任务回切 | | 事件组标志置位 | 满足多任务等待条件 | #### 三、特殊触发场景 1. **任务优先级变更** 动态调整优先级时需重排就绪队列： ```c vTaskPrioritySet(xTask, new_prio); // 触发TCB链表重组[^2] ``` 时间复杂度：$O(n)$（n为同优先级任务数） 2. **任务删除事件** 删除运行中任务时强制切换： $$ \text{if } T_{current} = T_{delete} \Rightarrow \text{立即触发调度} $$ 3. **系统心跳补偿** Tickless模式唤醒时修正时序： $$ t_{adjust} = t_{sleep} - (t_{wake} - t_{sleep}) \times k_{drift} $$ 其中 $k_{drift}$ 为时钟漂移补偿系数 > ⚠️ **关键设计约束** > 所有切换请求通过SVC提交，由PendSV在**无中断嵌套环境**中执行[^1]，确保： > - 上下文保存完整性（TCB栈指针保存[^2]） > - 临界区操作原子性 > - 中断延迟可预测 --- ### 时间敏感场景的切换优化 | **场景** | **优化策略** | 切换延迟控制目标 | |------------------------|----------------------------------|------------------------| | 硬实时任务 | 直接中断切换（关闭两步走） | $< 10\mu s$ | | 网络协议栈处理 | 批处理模式（合并多次切换） | $100\mu s \sim 1ms$ | | 低功耗应用 | Tickless模式延长调度周期 | $> 100ms$ | ---
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