FreeRTOS中vTaskSuspendAll()为什么不用关中断保护

Dingjun798077632

已于 2023-09-25 18:25:54 修改

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分类专栏： FreeRTOS 文章标签：单片机

于 2023-09-25 15:10:34 首次发布

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最近学习FreeRTOS源码时，看到vTaskSuspendAll()函数中，在++uxSchedulerSuspended前后，没有调用taskENTER_CRITICAL()和taskEXIT_CRITICAL()关闭中断保护。++uxSchedulerSuspended毫无疑问不是原子操作，看着好像有问题（当然，大神写的代码肯定没问题），网上搜索了一些相关文章，FreeRTOS中vTaskSuspendAll()和xTaskResumeAll()介绍 - 知乎，但是笔者看了还是不太清晰，不甚明了，所以就自己分析了一下。

先说明一下vTaskSuspendAll()的作用，如果一个临界区执行时间过长而不适合通过关闭中断（vTaskEnterCritical）的方式来保护临界区的话，可以通过挂起调度器来保护临界区。系统维护一个全局变量uxSchedulerSuspended的计数值，当其大于0的时候禁止调度，等于0的时候表示允许调度。如果调度器挂起话，当前正在执行的Task会一直继续执行，内核不再调度（意味着当前任务不会被切换出去），直到该任务调用了xTaskResumeAll()函数。

vTaskSuspendAll()对应汇编代码

我们知道，C语言编译后变为汇编指令，汇编指令和最终的机器码一一对应，也就可以把汇编代码和CPU指令执行过程对应起来。所以分析vTaskSuspendAll()中++uxSchedulerSuspended的处理，和可能被打断的情况，最好将其转换为汇编代码分析。在risc架构中，不论arm或者risc-v，对应内存中的变量修改，汇编的操作大致可以写为（不是真正的汇编代码，汇编伪代码）：

load rx， addr //从地址addr加载数据到寄存器rx

add rx，rx，1 //寄存器rx的值+1

store rx，addr //将寄存器rx的值写回到地址addr 的内存中

总结起来，基本流程：1. Load--从内存加载数据到寄存器；2.add--寄存器数值+1；3.store--将+1后的寄存器值写回内存。

vTaskSuspendAll()函数源码如下，uxSchedulerSuspended根据32位或者64位cpu，为volatile uint32_t和uint64_t类型：

下面是arm cortex-m3和risc-v rv32对应的vTaskSuspendAll()函数反汇编代码：

可以看到，也是符合上面的Load -> Add -> Store流程的。

vTaskSuspendAll()被打断的几种情况分析

vTaskSuspendAll()函数没有关中断，也就是上面3个流程任意时刻都可能被中断，进而可能切换任务，假设两个任务TaskA和TaskB，代码如下：

void TaskA( void *pvParameters )
{
	while(1)
	{
		...
		
		vTaskSuspendAll();

		//do something critical
		...
		
		xTaskResumeAll();
		...
	}
}
    

void TaskB( void *pvParameters )
{
	while(1)
	{
		...
		
		vTaskSuspendAll();

		//do something critical
		...
		
		xTaskResumeAll();
		...
	}
}

代码先关闭调度器，之后进入零界区，做一些不希望被其它任务打断的工作（可以被中断打断，中断不访问该零界区），之后恢复调度器。假设TaskA运行，在调用vTaskSuspendAll()时被打断，可以分以下几种情况：

1. 在load之前触发中断切换任务，显然这样没有影响，因为零界区的工作还未开始。

2. 在store之后触发中断，中断处理中检查到uxSchedulerSuspended不为0，调度器被挂起，不会切换任务也没有影响。

3. 在load之后和store之前被打断（可能在add之前也可能add之后），此时TaskA load到的值一定是0（如果load到1，说明此前TaskB已经关闭了调度器（store执行完），在TaskB打开调度器，uxSchedulerSuspended变回0之前，不可能切换到任务TaskA；当然还有可能TaskA嵌套调用vTaskSuspendAll()，但这种情况产生中段也不会切换任务没有影响），此时进入中断处理，由于TaskA还没有完成Store，中断中load到的uxSchedulerSuspended依然为0，然后可能切换到任务TaskB，TaskB中load到的uxSchedulerSuspended依然为0，可以继续运行并通过store将uxSchedulerSuspended改为1，此时如果切换回任务TaskA将会出现++uxSchedulerSuspended两次，uxSchedulerSuspended的值为1的情况有点问题，但实际上这种情况不可能发生，应为在TaskB调用xTaskResumeAll()把uxSchedulerSuspended改为0之前，不可能切换任务，也就不可能回到TaskA。也就是等在次回到TaskA时uxSchedulerSuspended一定为0，那么接着执行add和store uxSchedulerSuspended为1并没有错误。

总结vTaskSuspendAll函数修改uxSchedulerSuspended完成之前被打断，此时T内存中的uxSchedulerSuspended为0，任务TaskA还没有开始执行零界区的代码，此时即使切换任务到TaskB，并且TaskB将uxSchedulerSuspended改为1，但是等切换回任务TaskA时，内存中uxSchedulerSuspended肯定还是0，TaskA将继续store或者add后store 1到uxSchedulerSuspended依然是正确的，接着TaskA继续执行临界区代码，整个运行过程保证了对uxSchedulerSuspended的正确修改，也保证临界区代码不会被其它任务打断。所以vTaskSuspendAll()中不关中断，也没有影响。