6、FreeRTOS - 列表、列表项、任务控制块TCB

maup

已于 2023-10-20 08:16:28 修改

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分类专栏： FreeRTOS 文章标签：单片机笔记学习链表

于 2023-10-15 10:20:51 首次发布

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在网上学习 FreeRTOS 列表后做的一些笔记和总结，仅供学习交流。

列表、列表项、迷你列表项、TCB 之间的关系

列表简介

FreeRTOS 中任务有多种状态：就绪态、运行态、阻塞态、挂起态。当存在多个任务都处于某个状态时，为了方便处理这些任务，会把这些任务组成一个列表。

列表，是 FreeRTOS 系统创建的一个结构体（底层是一个数据结构，跟链表有点类似，可以把列表看成链表中的链表头，不过链表头一般只存放下一个结构体地址，而列表存放着更多的信息），由多个相同状态的任务（以列表项的形式存放）组成（列表内的指针指向多个列表项），用于对任务的跟踪和处理。

列表分为三大类：

就绪列表

阻塞列表

挂起列表

任务的每一种状态都会有一个列表，就绪态的任务就有一个列表项位于就绪列表中。

为什么运行态没有列表？

因为每次只有一个任务是运行态，所以根本不需要列表。

列表的定义

typedef struct xLIST
{
    	listFIRST_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE			/* 校验值 */
    	volatile UBaseType_t uxNumberOfItems;			/* 列表中的列表项数量 */
   	    ListItem_t * configLIST_VOLATILE pxIndex		/* 用于遍历列表项的指针 */
    	MiniListItem_t xListEnd					        /* 末尾列表项 */
    	listSECOND_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE		    /* 校验值 */
} List_t;

1）listFIRST_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE、listSECOND_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE：

这两个宏是确定的已知常量， FreeRTOS 通过检查这两个常量的值，来判断列表的数据在程序运行过程中，是否遭到破坏，该功能一般用于调试，默认是不开启的。

2）uxNumberOfItems：用于记录列表中列表项的个数（不包含 xListEnd）。

3）pxIndex：指向列表中的某个列表项，一般用于遍历列表中的所有列表项。

4）xListEnd：末尾列表项（或迷你列表项），排在列表项的最末尾，表示列表的结束位置，给其他列表项起到一个定位的作用。

列表项的定义

typedef struct xLIST_ITEM
{
    	listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE			/* 用于检测列表项的数据完整性 */
    	configLIST_VOLATILE TickType_t xItemValue			/* 列表项的值 */
     	struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxNext		/* 下一个列表项 */
  	    struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxPrevious	/* 上一个列表项 */
    	void * pvOwner							            /* 列表项的拥有者 */
    	struct xLIST * configLIST_VOLATILE pxContainer; 	/* 列表项所在列表 */
   	    listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE			/* 用于检测列表项的数据完整性 */
} ListItem_t;

1）xItemValue：列表项的值，这个值多用于按升序对列表中的列表项进行排序。

2）pxNext 和 pxPrevious：分别用于指向列表中列表项的下一个列表项和上一个列表项。

3）pxOwner：指向拥有该列表项的对象。通常是指向任务控制块，每个任务都有属于自己的任务控制块，里面一般就有一个列表项。

任务控制块（简称 TCB，是一个结构体）是任务的身份证，每个任务都有一个属于自己的 TCB，里面存有任务的所有信息，比如任务的状态、任务的优先级、任务的栈指针、任务名称、任务的形参等。TCB 里面存放的信息是提供给系统使用的，系统对这个任务的所有操作，都是通过这个任务控制块里面存放的信息来实现的，比如根据优先级进行任务切换等等。

4）pxContainer：指向列表项所在列表，例如就绪列表。列表项都是一个个独立的结构体，如果不用指针指向，根本不知道这个结构体跟列表有什么关系。

每个列表项对应一个任务。

迷你列表项的定义

typedef struct xMINI_LIST_ITEM
{
    	listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE 			    /* 用于检测数据完整性 */
	    configLIST_VOLATILE TickType_t xItemValue;				/* 列表项的值 */
    	struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxNext;		    /* 上一个列表项 */
   	    struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxPrevious; 	/* 下一个列表项 */
} MiniListItem_t;

1）xItemValue：列表项的值，这个值多用于按升序对列表中的列表项进行排序。

2）pxNext 和 pxPrevious：分别用于指向列表中列表项的下一个列表项和上一个列表项。

迷你列表项，又称末尾列表项，只用于标记列表的末尾和挂载其他插入列表中的列表项，因此不需要成员变量 pxOwner 和 pxContainer，以节省内存开销。

列表、列表项、迷你列表项、TCB 之间的关系

从图中可以看出，多个列表项组成了一个双向链表，列表中指向该双向链表中任意一个列表项和末尾列表项，因为列表的任意指向列表项这个特性，所以只要有列表，就可以实现列表项的增删查改功能，从任意位置中插入或删除列表项，查询或修改任意位置的列表项。

列表项间的地址非连续的，是人为的连接到一起的。列表项的数目是由后期添加的个数决定的，随时可以改变。在操作系统中任务的数量是不确定的，随时都有可能加任务或者删任务，并且任务状态是会发生改变的（例如就绪态的任务变成阻塞态，就会从就绪列表转移到阻塞列表），所以非常适用列表（即链表）这种数据结构，才用列表的方式去处理数据。

添加列表项的过程图示：