FreeRTOS-ARM架构、TCB结构体，调度机制

原创 已于 2022-10-01 00:53:35 修改 · 4.4k 阅读 · 6 ·
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#arm #架构 #链表

于 2022-03-18 13:45:25 首次发布
本文详细解析ARM架构的组成部分，探讨CPU、RAM和FLASH的作用。重点讲解任务切换时寄存器保存策略，以及TCB、调度机制（优先级、状态和调度流程）。涉及TCB结构、中断调度和链表在调度中的运用，包括pxReadyTasksList、pxDelayedTaskList和pxPendingReadyList。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

ARM架构

对于ARM架构来说，主要有3部分构成：CPU，RAM，FLASH。

CPU内部主要是运算单元和寄存器单元，可以读写RAM，修改内存，也可以读取FLASH里的汇编代码。

RAM为内部存储空间，有栈的数据结构，对于地址有内存存储，可被CPU改写。

FLASH为存储代码的空间，可被CPU读取。

Q：在任务切换时，所有寄存器都要保留吗？
A：都要保留，但是对于硬件中断来说，只需要保存用到的寄存器即可；对于子函数来说，不需要保存子函数用到的寄存器

创建任务：

在这里插入图片描述
第一个为函数地址，赋给PC寄存器
第二个为任务名
第三个为栈大小 每个任务都有自己的栈栈的大小由局部变量和调用深度决定
第四个为任务函数的入口参数，存在R0里

TCB结构体

对于每个任务在内存总都有相应的TCB结构体包含栈顶，两个链表（雾），优先级，栈的起始
在这里插入图片描述

在保存现场时，将16个寄存器的数据记录放在RAM栈中，下一次重新运行的时候从PC寄存器的地址运行

调度机制

优先级：
高优先级的任务，优先执行，可以抢占第有相机的任务
高优先级的任务不停止，低优先级的任务永远无法执行
同等优先级的任务，轮流执行：时间片轮转，最后放进链表的先执行，然后再从链表头运行，每个任务运行之后尾插到链表尾部

状态

运行态：running
就绪态：ready
阻塞：blocked（等待某件事
暂停：suspend（休息去了

怎么取出要运行的任务？
找到最高优先级的运行态，就绪态任务运行
如果平级，轮流执行：派对，链表前面的先运行，运行1个tick后，去链表尾部排队。

谁来调度？
Tick中断：每1ms产生一个中断，中断后调用Tick中断函数
Tick中断函数：
1）取出下一个TASK
2）保存当前Task；回复新的Task

链表理解调度机制

共有3种链表

pxReadyTasksList//如果有5个优先级（0-4）就由5个组成，通常在存在于pxReadyTasksList[0]链表尾部有一个空闲任务idle task，用于清除销毁任务的内存

pxDelayedTaskList//延迟类，先将该任务从pxReadyTasksList放进pxDelayedTaskList，休眠Xms，
每次Tick中断检查pxDelayedTaskList内的Task计时有没有到，
当到达设置时间点，将这个Task放回其优先级对应的pxReadyTasksList，然后再次调度此Task。

pxPendingReadyList

可抢占：高优先级的任务先运行
时间片轮转：同优先级的任务轮流执行
空闲任务礼让：如果同时优先级0的其他就绪任务，空闲任务主动放弃一次运行机会
最低优先级的中断比最高优先级的任务优先级高

FreeRTOS深入教程（队列内部机制和源码分析）
m0_49476241的博客
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本篇文章主要来为大家分析队列的内部机制和源码实现。本篇文章就讲解到这里，大家可以自己对FreeRTOS的源代码进行分析，分析源代码对学习FreeRTOS有重要的意义。
FreeRTOS——TCB任务控制块、任务句柄、任务栈详解
weixin_74209413的博客
10-10 2910
使用任务句柄，可以通过 FreeRTOS 提供的 API 函数对任务进行操作，例如挂起（suspend）、恢复（resume）、删除（delete）任务，或者查询任务的状态等。这个函数用于创建新的任务，其中的 “prv” 表示该函数是一个私有函数，只用于内部处理和初始化新任务的操作。任务控制块是 FreeRTOS 中用于描述和管理任务的数据结构，包含了任务的状态、优先级、堆栈等信息。每个创建的任务都会分配一个唯一的任务句柄，通过该句柄可以对任务进行操作和管理。每个任务都有自己的任务控制块，类似身份证。
FreeRTOS函数结构思维导图
11-27
本人整理的freeRTOS函数思维导图，开发时查阅函数方便调用。
FreeRTOS 中任务控制块（Task Control Block，TCB）用于管理和描述任务的核心数据结构
最新发布
qq_39777550的博客
07-04 454
FreeRTOS任务控制块(TCB)是任务管理的核心数据结构，包含任务名称、优先级、栈指针等关键信息。其主要功能包括存储任务状态、管理任务上下文(通过pxTopOfStack指针)以及支持任务调度(使用xStateListItem和xEventListItem)。TCB结构体包含栈指针、优先级、任务名等成员变量，在任务创建、调度和删除过程中发挥关键作用。创建任务时需要初始化TCB，调度器通过TCB管理任务状态，删除任务时则标记TCB为待清理。TCB是FreeRTOS实现高效任务管理的基础机制。
FreeRTOS-ARM架构深入理解
k666499436的博客
09-27 1万+
由于FreeRTOS操作系统所涉及的ARM架构的知识较多，而且这是知识对理解FreeRTOS的本质和底层实现至关重要，仿佛ARM架构是为操作系统量身定制一般，所以ARM架构的知识的重要性我就不说了，本篇文章主要是对操作系统底层实现所用到ARM架构的知识进行汇总，所以本篇文章参考《Cortex-M3权威指南》，也是对我上篇文章《FreeRTOS-ARM架构与程序的本质》的补充。同几乎所有的处理器架构一样,Cortex-M处理器在运行时需要栈存储和栈指针(R13)。
【FreeRTOS】FreeRTOS结构
好好休息..
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TCB数据结构
09-20
ucos 操作系统 TCB 任务控制块 数据结构
FreeRTOS框架
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10-23 1376
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Linux和，FreeRTOS 任务调度原理，r0-r15寄存器，以及移植freertos（一）
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有了上面这两张图，是不是，比较清晰了，当发生高优先级事件，中断时，就会发生任务切换，那rtos，要和linux系统一样，可以实现进程，任务的管理，是不是要能获得cpu的管理权，能操控底层的寄存器。玩过arm架构的mcu还是soc，都知道，对进程管理，任务切换，是需要保存现场的（哪个函数被调用函数被执行到哪句代码，执行过程中，计算的局部变量的值），都是需要保存，才能返回的。写这篇文章的目的，是之前面试官，刚好问到我，移植FreeRTOS 到mcu，需要做哪些步骤，当时回答的时候，我愣了一下。
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FreeRTOS的源码组织也是按照体系结构无关 / 体系结构相关但硬件无关 / 体系结构相关且硬件相关的层次来组织的 其中体系结构相关但硬件无关部分，是OS移植时的重点
FreeRTOS学习记录 05--任务调度器开启和切换
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文章目录0 前言1 任务调度器的开启1.1 如何启动第一个任务的2 任务的切换2.1 PendSV 异常2.2 两个事件引起PendSV 异常2.3 PendSV 的中断服务函数 在这里面进行任务切换 0 前言 @ Author ：Dargon @ Record Date ：2021/07/13 @ Reference Book : `FreeRTOS源码详解与应用开发`，`ARM Cortex-M3与Cortex-M4权威指南`，`B站正点原子FreeRTOS讲解视频` @ Purp
FreeRtos 文件结构
星空小蜗牛的博客
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最核心的三个文件   1）tasks.c   2）list.c    3）queue.c tasks.c:  任务相关 list.c:       为一个双向链表 queue.c   队列，信号量用于任务间通讯 4） croutine.c       类似task.c ,可以进行多任务调度，另一种方式进行调试 5）event_gr
freertos入门---ARM架构简明教程
weixin_47268803的博客
05-19 908
我们在组装电脑时会得到一个主板，然后我们去买CPU，将CPU插入主板，然后去买内存条，将内存条也插入主板，接着我们还需要将硬盘通过接线也连接上电脑。如下图所示：对于我们主板，我们CPU、内存条、硬盘它们是离散的，它们需要通过主板组装在一起。对于我们单片机，它被称为SOC（System on Chip）,它是指在一个芯片上具有一个完整的或者相对完整的系统，比如说一款ARM芯片，在这一款芯片上它包含CPU、内存、Flash。Flash负责保存我们的程序，CPU负责运行程序、程序运行过程中我们还需要用到内存。
FreeRTOS之TCB
zhanglianzhu_91的博客
05-07 2004
FreeRTOSMini实现了最小任务调度。现在分开介绍进程调度重要部分。进程调度的基础首先是定义任务调度的数据结构，来保存任务堆栈结构和任务状态所在状态列表，然后就是任务的优先级唯一号等。 最小Mini内核参照“FreeRTOSMini”篇，包含源码下载地址。 TCB重要信息有： 1.栈顶指针（pxTopOfStack并且告诉编译器不要优化，随时会变化），和芯片位数一致的整形指针指向任务栈顶。任务让出CPU时候要把寄存器R0-R15、程序计数器、程序状态寄存器等CPU执行上下文压到任务栈。任务被执行时候要
FreeRTOSMini
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05-03 995
最近在研究实时操作系统FreeRTOS。FreeRTOS作为开源的RTOS，源码规模不大，可以供操作系统学习，加上我的STM32 Nano开发板正好可以学习OS。借着五一放假宅家里学习。 实现的FreeRTOSMini源码 FreeRTOS有很强的可配置性和硬件适配性。代码里面有大量的宏定义和宏代码分支，看着比较费解，还有一些汇编和关键操作比较费解。然后融合了其他功能增加开始学习难度。读和跟了源码很久才搞头，为了验证是否理解到位，阉割出一个Mini版的系统，只包含基本的任务调度。 本次开发基于FreeRTO
详解FreeRTOS：嵌入式软件系统架构（理论篇—1）
不脱发的程序猿
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目前常见的嵌入式软件系统架构有三种可以分为：轮询系统架构、前后台系统架构和多任务系统架构。
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本章主要介绍FreeRTOS的整体框架，给出一个简要的移植示例，文末有示例下载链接。
keil通过debug查看freertos的TCB
03-28
<think>好的，我现在要回答用户的问题：如何在Keil中通过Debug查看FreeRTOS的TCB。首先，我需要回忆一下FreeRTOS的任务控制块（TCB）的结构和作用。TCB是存储任务状态、堆栈指针、优先级等信息的数据结构，了解如何查看它对于调试任务相关问题非常重要。 接下来，我需要考虑Keil MDK的调试环境。用户可能使用的是Keil uVision，所以需要指导他们在Debug模式下找到相关的窗口，比如Watch窗口、Call Stack窗口或者Memory窗口。同时，FreeRTOS可能有自己的调试插件或视图，可以显示任务信息，这需要确认。 然后，步骤应该是先启动调试会话，然后暂停程序，接着找到当前运行的TCB。可能需要知道FreeRTOS内部如何管理任务列表，比如通过pxCurrentTCB变量或者任务列表链表。在Keil中，用户可能需要手动添加这些变量到Watch窗口，或者使用表达式来查看TCB的内容。 另外，还需要考虑内存查看，因为TCB是一个结构体，用户可能需要知道其内存地址，并通过Memory窗口直接查看。这里需要注意结构体的各个字段在内存中的偏移量，比如uxPriority、pxStack等字段的位置。 还要提醒用户关于调试时的配置，比如在FreeRTOSConfig.h中是否启用了必要的宏，比如configUSE_TRACE_FACILITY和configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS，这些可能会影响调试信息的可用性。 可能遇到的困难包括：找不到TCB变量，结构体字段显示不正确，或者内存地址错误。需要提供一些常见问题的解决方法，比如检查变量名称是否正确，确认FreeRTOS的版本是否匹配，或者使用正确的数据类型来查看内存。 最后，应该总结一下步骤，让用户能够一步步跟随操作，并强调注意事项，确保他们能够顺利查看TCB信息。</think>在Keil MDK中通过Debug模式查看FreeRTOS任务控制块(TCB)的步骤如下： --- ### 一、基础准备 1. **工程配置** - 确保在`FreeRTOSConfig.h`中启用调试相关宏： ```c #define configUSE_TRACE_FACILITY 1 // 启用跟踪设施 #define configUSE_STATS_FORMATTING_FUNCTIONS 1 // 允许格式化任务信息 ``` 2. **编译与进入调试模式** - 编译工程后点击Keil的`Start/Stop Debug Session`按钮（或按`Ctrl+F5`）进入调试模式。 --- ### 二、查看TCB的3种方法 #### 方法1：通过Watch窗口直接观察 1. 在调试模式下打开`Watch 1`窗口 2. 添加以下表达式： - `pxCurrentTCB`：查看当前运行任务的TCB地址 - `pxReadyTasksLists`：查看就绪任务链表 - `xTasksWaitingTermination`：查看等待删除的任务链表 3. **展开TCB结构体** 输入例如：`(TaskHandle_t)pxCurrentTCB->uxPriority` 可查看任务优先级。 --- #### 方法2：使用Call Stack + Locals窗口 1. 暂停程序执行（点击暂停按钮或按`Pause`键） 2. 在`Call Stack + Locals`窗口中： - 展开当前任务的调用栈 - 找到`vTaskSwitchContext()`函数（任务切换上下文函数） - 查看局部变量中的TCB指针 --- #### 方法3：内存窗口直接查看 1. 获取TCB地址： - 在Watch窗口输入`pxCurrentTCB`获取当前任务TCB的十六进制地址（如`0x20001234`） 2. 打开`Memory 1`窗口 3. 输入地址并选择`unsigned long`格式显示 4. **解析关键字段**（以ARM Cortex-M为例）： ``` 偏移量 字段 说明 0x00 pxTopOfStack 当前栈顶指针 0x04 xStateListItem 任务状态列表项 0x18 uxPriority 任务优先级 0x1C pxStack 任务堆栈起始地址 0x24 pcTaskName 任务名称字符串指针 ``` --- ### 三、高级调试技巧 1. **任务列表查看** 在Watch窗口添加表达式： ```c (tskTCB *)&xTaskList[0] // 查看任务链表头节点 ``` 通过`pxNext`指针遍历整个任务链表。 2. **使用FreeRTOS插件** - 安装`FreeRTOS Debug Helpers`插件（需单独下载） - 在调试模式下通过`View > FreeRTOS Task List`直接可视化查看所有TCB信息 --- ### 四、注意事项 1. **内存对齐问题** Cortex-M系列要求4字节对齐，TCB地址必须是4的倍数，否则可能触发HardFault。 2. **TCB结构体版本差异** FreeRTOS不同版本的TCB结构可能有差异，建议对照源码中的`tskTaskControlBlock`定义。 3. **优化级别影响** 若编译优化级别过高（如-O3），可能导致某些变量无法观察，建议调试时使用-O0优化。 --- 通过以上步骤，可以系统地查看和分析FreeRTOS任务的实时状态信息，快速定位任务调度、优先级或堆栈相关问题。
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凉山有客不自赏

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