RTOS任务调度
**注： 本部分涉及太多理论内容 需要加强 **
①提前阅读Cortex-M3权威指南中文.pdf和《Cortex M3与M4权威指南》
②结合文档教程FreeRTOS开发指南_V1.5.pdf第八章进行学习
一、开启任务调度器(熟悉)
开启任务调度器函数vTaskStartScheduler()
vTaskStartScheduler()
作用：用于启动任务调度器，任务调度器启动后， FreeRTOS 便会开始进行任务调度
该函数内部实现，如下：
- 创建空闲任务
- 如果使能软件定时器，则创建定时器任务
- 关闭中断，防止调度器开启之前或过程中，受中断干扰，会在运行第一个任务时打开中断
- 初始化全局变量，并将任务调度器的运行标志设置为已运行
- 初始化任务运行时间统计功能的时基定时器
- 调用函数 xPortStartScheduler()
配置硬件架构及启动第一个任务函数xPortStartScheduler()
作用：该函数用于完成启动任务调度器中与硬件架构相关的配置部分，以及启动第一个任务
该函数内部实现，如下：
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检测用户在 FreeRTOSConfig. h 文件中对中断的相关配置是否有误
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配置 PendSV 和 SysTick 的中断优先级为最低优先级
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调用函数 vPortSetupTimerInterrupt()配置 SysTick
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初始化临界区嵌套计数器为 0
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调用函数 prvEnableVFP()使能 FPU
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调用函数 prvStartFirstTask()启动第一个任务
启动第一个任务
prvStartFirstTask () /* 开启第一个任务 */
vPortSVCHandler () /* SVC中断服务函数 */
想象一下应该如何启动第一个任务
假设我们要启动的第一个任务是任务A，那么就需要将任务A的寄存器值恢复到CPU寄存器
任务A的寄存器值，在一开始创建任务时就保存在任务堆栈里边！
注意：
-
中断产生时，硬件自动将xPSR，PC(R15)，LR(R14)，R12，R3-R0出/入栈；而R4~R11需要手动出/入栈
-
进入中断后硬件会强制使用MSP指针 ，此时LR(R14）的值将会被自动被更新为特殊的EXC_RETURN
关于这些寄存器功能，可查看《 Cortex M3权威指南(中文) 》第27页
prvStartFirstTask () 介绍
用于初始化启动第一个任务前的环境，主要是重新设置MSP 指针，并使能全局中断
1、什么是MSP指针？
程序在运行过程中需要一定的栈空间来保存局部变量等一些信息。当有信息保存到栈中时，MCU 会自动更新 SP 指针，ARM Cortex-M 内核提供了两个栈空间
- 主堆栈指针(MSP) ：它是给OS内核、异常服务程序以及所有需要特权访问的应用程序代码来使用的。
- 进程堆栈指针(PSP) ：用于常规的应用程序代码(不处于异常服务程序中时使用)。
在FreeRTOS中，中断使用MSP（主堆栈），中断以外使用PSP（进程堆栈）
2、为什么汇编代码要PRESERVE8(八字节对齐)
答：因为栈在任何时候都是需要4字节对齐的，而在调用入口得8字节对齐，在C编程的时候，编译器会自动帮我们完成对齐操作，而汇编则需要手动对齐。
3、prvStartFirstTask()为什么要操作 0xE000ED08？
因为需从 0xE000ED08 获取向量表的偏移，为啥要获得向量表呢？因为向量表的第一个是 MSP 指针！
取 MSP 的初始值的思路是先根据向量表的位置寄存器 VTOR (0xE000ED08) 来获取向量表存储的地址；在根据向量表存储的地址，来访问第一个元素，也就是初始的 MSP
CM3 允许向量表重定位——从其它地址处开始定位各异常向量 这个就是向量表偏移量寄存器，向量表的起始地址保存的就是主栈指针MSP 的初始值
vPortSVCHandler ()介绍
当使能了全局中断，并且手动触发 SVC 中断后，就会进入到 SVC 的中断服务函数中
注意：SVC中断只在启动第一次任务时会调用一次，以后均不调用
-
通过 pxCurrentTCB 获取优先级最高的就绪态任务的任务栈地址，优先级最高的就绪态任务是系统将要运行的任务 。
-
通过任务的栈顶指针，将任务栈中的内容出栈到 CPU 寄存器中，任务栈中的内容在调用任务创建函数的时候，已初始化，然后设置 PSP 指针 。
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通过往 BASEPRI 寄存器中写 0，允许中断。
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R14 是链接寄存器 LR，在 ISR 中（此刻我们在 SVC 的 ISR 中），它记录了异常返回值 EXC_RETURN
而EXC_RETURN 只有 6 个合法的值（M4、M7），如下表所示：
| 描述 | 使用浮点单元 | 未使用浮点单元 M3 |
|---|---|---|
| 中断返回后进入Hamdler模式，并使用MSP | 0xFFFFFFE1 | 0xFFFFFFF1 |
| 中断返回后进入线程模式，并使用MSP | 0xFFFFFFE9 | 0xFFFFFFF9 |
| 中断返回后进入线程模式，并使用PSP | 0xFFFFFFED | 0xFFFFFFFD |
出栈/压栈汇编指令详解
- 出栈（恢复现场） ，方向：从下往上（低地址往高地址）：假设r0地址为0x04汇编指令示例：
ldmia r0!, {r4-r6} /* 任务栈r0地址由低到高，将r0存储地址里面的内容手动加载到 CPU寄存器r4、r5、r6 */
r0地址(0x04)内容加载到r4，此时地址r0 = r0+4 = 0x08
r0地址(0x08)内容加载到r5，此时地址r0 = r0+4 = 0x0C
r0地址(0x0C)内容加载到r6，此时地址r0 = r0+4 = 0x10 - 压栈（保存现场） ，方向：从上往下（高地址往低地址）：假设r0地址为0x10汇编指令示例：
stmdb r0!, {r4-r6} } /* r0的存储地址由高到低递减，将r4、r5、r6里的内容存储到r0的任务栈里面。 */
地址：r0 = r0-4 = 0x0C，将r6的内容（寄存器值）存放到r0所指向地址(0x0C)
地址：r0 = r0-4 = 0x08，将r5的内容（寄存器值）存放到r0所指向地址(0x08)
地址：r0 = r0-4 = 0x04，将r4的内容（寄存器值）存放到r0所指向地址(0x04)
三、任务切换(掌握)
任务切换的本质
任务切换的本质就是CPU寄存器内容的切换。
假设当由任务A切换到任务B时，主要分为两步：
第一步：需暂停任务A的执行，并将此时任务A的寄存器保存到任务堆栈，这个过程叫做保存现场；
第二步：将任务B的各个寄存器值（被存于任务堆栈中）恢复到CPU寄存器中，这个过程叫做恢复现场；
对任务A保存现场，对任务B恢复现场，这个整体的过程称之为：上下文切换
注意：任务切换的过程在PendSV中断服务函数里边完成
PendSV中断是如何触发的？
-
滴答定时器中断调用
-
执行FreeRTOS提供的相关API函数：portYIELD()
本质：通过向中断控制和状态寄存器 ICSR 的bit28 写入 1 挂起 PendSV 来启动 PendSV 中断
查找最高优先级任务
vTaskSwitchContext( ) /* 查找最高优先级任务 */
taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK( ) /* 通过这个函数完成 */
#define taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK() \
{ \
UBaseType_t uxTopPriority; \
portGET_HIGHEST_PRIORITY( uxTopPriority, uxTopReadyPriority ); \
configASSERT( listCURRENT_LIST_LENGTH( &( pxReadyTasksLists[ uxTopPriority ] ) ) > 0 ); \
listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY( pxCurrentTCB, &( pxReadyTasksLists[ uxTopPriority ] ) ); \
}
前导置零指令
所谓的前导置零指令，可以简单理解为计算一个32位数，头部0的个数
通过前导置零指令获得最高优先级
#define portGET_HIGHEST_PRIORITY( uxTopPriority, uxReadyPriorities ) uxTopPriority = ( 31UL - ( uint32_t ) __clz( ( uxReadyPriorities ) ) )
获取最高优先级任务的任务控制块
通过该函数获取当前最高优先级任务的任务控制块
#define listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY( pxTCB, pxList ) \
{ \
List_t * const pxConstList = ( pxList ); \
( pxConstList )->pxIndex = ( pxConstList )->pxIndex->pxNext; \
if( ( void * ) ( pxConstList )->pxIndex == ( void * ) &( ( pxConstList )->xListEnd ) ) \
{ \
( pxConstList )->pxIndex = ( pxConstList )->pxIndex->pxNext; \
} \
( pxTCB ) = ( pxConstList )->pxIndex->pvOwner; \
}
