freeRTOS链表学习笔记

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于 2022-03-26 22:49:49 首次发布

本文深入探讨了FreeRTOS操作系统中的链表实现原理及其在任务调度中的应用。详细介绍了链表结构体定义、初始化过程以及插入、删除等核心操作的具体实现方式。

freeRTOS链表学习笔记

链表是RTOS的核心之一，链表的作用主要服务于RTOS的任务之间的调度。任务的唤醒和休眠、任务的调度等都基于链表实现。阅读了freeRTOS链表的源码后，决定梳理一遍链表相关的源码，用于加深对链表的理解。其中对源码进行了一些删减，方便理解理解和阅读。文中的代码重新书写了一遍，可能和源码有些不一样。

1 头文件

头文件其中只涉及3个结构体，其中struct xMiniLIST_ITEM 是struct xLIST_ITEM 的简化版，则实际上只涉及2个结构体。

struct  xLIST_ITEM
{
	TickType_t xItemValue;		/*	项目的值 用于链表的排序	*/	
	struct xLIST_ITEM *pxNext; 	/*	双向链表指针	*/	
	struct xLIST_ITEM *pxPrevious;
	void* pvOwner; 				/* 链表下 所挂载的 内容 例如 TCB结构体。  */	
	void* pvContainer; 			/* 记录 位于哪个 链表 */	

};
typedef struct xLIST 
{
	UBaseType_t uxNumberOfItems;  /*	记录链表中挂在了多少项		*/	
	ListItem_t* pxIndex;		  /*	记录当前链表正在操作那一项  */
	MiniListItem_t xListEnd;	  /*	记录链表头尾指针 方便遍历	*/	
}List_t;

全部源码

#ifndef _LIST_H
#define _LIST_H

#define TickType_t  unsigned int
#define UBaseType_t unsigned int

#define portMAX_DELAY 0xFFFFFFFF

struct  xLIST_ITEM
{
	TickType_t xItemValue;		/*	项目的值 用于链表的排序	*/	

	struct xLIST_ITEM *pxNext; /*	双向链表指针	*/	
	struct xLIST_ITEM *pxPrevious;
	void* pvOwner; /* 链表下 所挂载的 内容 例如 TCB结构体。  */	

	void* pvContainer; /* 记录 位于哪个 链表 */	

};


typedef	struct xLIST_ITEM ListItem_t;

/*
	为了节约内存 简化了 struct xLIST_ITEM 结构体 少了8个字节。
*/
struct  xMiniLIST_ITEM
{
	TickType_t xItemValue;  
	struct xLIST_ITEM *pxNext;
	struct xLIST_ITEM *pxPrevious;
};


typedef	struct xMiniLIST_ITEM MiniListItem_t;

typedef struct xLIST 
{
	UBaseType_t uxNumberOfItems;  /*	记录链表中挂在了多少项		*/	
	ListItem_t* pxIndex;		  /*	记录当前链表正在操作那一项  */
	MiniListItem_t xListEnd;	  /*	记录链表头尾指针 方便遍历	*/	

}List_t;

void xListInitialiseItem(ListItem_t* const pxItem);

void xListInitialise(List_t* const pxList);

void xListInsertEnd(List_t* const pxList, ListItem_t*const pxNewListItem);

void xListInsert(List_t* const pxList, ListItem_t* const pxNewListItem);

void uxListRemove(ListItem_t* const pxItemToRemove);

2 C文件

C文件中具体涉及操作也不是很多，主要有初始化、插入和删除操作。其中不太好理解的为xListInsertEnd 和 xListInsert ，这里需要结合RTOS的设计思想（实时性），注释中做了说明。

#include <stdio.h>
#include "list.h"
/*
	初始化一个链表项
*/
void xListInitialiseItem(ListItem_t* const pxItem)
{
	/*
		确保项目 没有 位于任何链表下
	*/
	pxItem->pvContainer = NULL;
}
/*
	初始化一个链表
*/
void xListInitialise(List_t* const pxList)
{
	/*
		链表的偏移量 指向自己 
	*/
	pxList->pxIndex = (ListItem_t* )pxList->xListEnd;
	/*
	此时链表项 数量为0
	*/
	pxList->uxNumberOfItems = 0;
	/*
		链表的链表项的项目值 为最大  这样排序的化 始终位于链表最后。
	*/
	pxList->xListEnd.xItemValue = portMAX_DELAY;
	/*
		初始化时，链表的链表项 的 前后指针 都指向自己的链表项。
	*/
	pxList->xListEnd.pxNext = (ListItem_t*)pxList->xListEnd;
	pxList->xListEnd.pxPrevious = (ListItem_t*)pxList->xListEnd;

}
/*
	在链表的最后插入新的一项。
	这里的最后，不是指的链表的最后一项。而是指链表最后能遍历到的一项。
	
	例如：
		当前链表中有 Item1 Item2 Item3 其中pxIndex指向Item2,此时插入到
	Item2的前面 Item1的后面，这样保证了最新插入的 最后执行。

	场景:
		相同优先的链表中，先插入先执行，后插入的后执行。
	保证了各个任务之间的“公平性”。

*/
void xListInsertEnd(List_t* const pxList, ListItem_t* const pxNewListItem)
{
	/*
		找到 pxList 链表 的偏移量 
	*/
	ListItem_t* pxIndex = pxList->pxIndex;

	/*
		新插入的项 下一项 指向pxIndex,前一项指向 pxIndex 的前一项。
		pxIndex 的前面一项的下一项 指向 新插入的一项。前一项指向新插入的一项。
	*/
	pxNewListItem->pxNext = pxIndex;
	pxNewListItem->pxPrevious = pxIndex->pxPrevious;

	pxIndex->pxPrevious->pxNext = pxNewListItem;
	pxIndex->pxPrevious = pxNewListItem;

	/*
		插入一项后，链表中的项目数量 加 1
	*/
	pxList->uxNumberOfItems++;
	/*
		记录 新插入的一项指向 属于这个链表。
	*/
	pxNewListItem->pvContainer = pxList;

}
/*
	按项目的值 从小到大排序 插入到链表中，如果值相同，则插入到后面。

	场景：
		在延时的链表中，项目值等于项目的 任务 延时的时间，延时时间久的最后执行，
		则放在最后面。
*/
void xListInsert(List_t* const pxList, ListItem_t* const pxNewListItem)
{
	ListItem_t* pxIterator;
	const TickType_t xValueOfInsertion = pxNewListItem->xItemValue;

	if (xValueOfInsertion == portMAX_DELAY)
	{
		xValueOfInsertion = pxList->xListEnd.xItemValue;
	}
	else
	{
		/*
			遍历找到 比xValueOfInsertion 大的项目。

			如果项目存在和当前插入的值相等的项目，则需要插入到该项目的后一项。

			pxIterator->pxNext->xItemValue <= xValueOfInsertion
		*/
		for (pxIterator = (ListItem_t*)&pxList->xListEnd;
			pxIterator->pxNext->xItemValue <= xValueOfInsertion;
			pxIterator = pxIterator->pxNext)
		{

		}

	}

	/*
		把pxNewListItem 插入到pxIterator的后面
	*/
	pxNewListItem->pxNext = pxIterator->pxNext;
	pxNewListItem->pxNext->pxPrevious = pxNewListItem;
	pxNewListItem->pxPrevious = pxIterator;
	pxIterator->pxNext = pxNewListItem;
	 
	pxList->uxNumberOfItems++;
	pxNewListItem->pvContainer = (void*)pxList;

}
/*
	从链表中的 某一项 删除 
*/
UBaseType_t int uxListRemove(ListItem_t* const pxItemToRemove)
{
	/*
		确定删除的项目属于 哪个链表。
	*/
	xLIST * const pxList = pxItemToRemove->pvContainer;

	/*
		从链表中移除 pxItemToRemove
	*/
	pxItemToRemove->pxPrevious->pxNext = pxItemToRemove->pxNext;
	pxItemToRemove->pxNext->pxPrevious = pxItemToRemove->pxPrevious; 

	/*
		判断当前链表的偏移是否等于目前删除的项目 
		如果等于 则偏移量 移动到上次的偏移的位置。
	*/
	if (pxList->pxIndex == pxItemToRemove)
	{
		pxList->pxIndex = pxItemToRemove->pxPrevious;
	}
	/*
		清除删除项的链表记录信息。
	*/
	pxItemToRemove->pvContainer = NULL;
	
	/*
		链表中的项目减1	
	*/
	pxList->uxNumberOfItems--;

	return pxList->uxNumberOfItems;
}
 
```c
UBaseType_t uxListRemove( ListItem_t * const pxItemToRemove )
{
/* The list item knows which list it is in.  Obtain the list from the list
 * item. */
    List_t * const pxList = pxItemToRemove->pxContainer;

    pxItemToRemove->pxNext->pxPrevious = pxItemToRemove->pxPrevious;
    pxItemToRemove->pxPrevious->pxNext = pxItemToRemove->pxNext;

    /* Only used during decision coverage testing. */
    mtCOVERAGE_TEST_DELAY();

    /* Make sure the index is left pointing to a valid item. */
    if( pxList->pxIndex == pxItemToRemove)
	{
		pxList->pxIndex = pxItemToRemove->pxPrevious;
	}
	/*
		清除删除项的链表记录信息。
	*/
	pxItemToRemove->pvContainer = NULL;
	
	/*
		链表中的项目减1	
	*/
	pxList->uxNumberOfItems--;

	return pxList->uxNumberOfItems;
}