freertos任务管理教学内容.docx
《freertos任务管理教学内容.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《freertos任务管理教学内容.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
freertos任务管理教学内容
freertos任务管理
freertos是一个轻量级的rtos，它目前实现了一个微内核，并且port到arm7,avr,pic18.
coldfire等众多处理器上；目前已经在rtos的市场上占有不少的份额。
它当然不是一个与
vxworks之类的rtos竞争的操作系统，它的目标在于低性能小RAM的处理器上。
整个系统只
有3个文件，外加上port的和处理器相关的两个文件，实现是很简洁的。
与ucosii不同，它是free的，ucosii不是free的，虽然它的代码是公开的。
FreeRTOS提供
的功能包括：
任务管理、时间管理、信号量、消息队列、内存管理。
FreeRTOS内核支持优先级
调度算法，每个任务可根据重要程度的不同被赋予一定的优先级，CPU总是让处于就绪态的、
优先级最高的任务先运行。
FreeRTOS内核同时支持轮换调度算法，系统允许不同的任务使用相
同的优先级，在没有更高优先级任务就绪的情况下，同一优先级的任务共享CPU的使用时间。
这一点是和ucosii不同的。
另外一点不同是freertos既可以配置为可抢占内核也可以配置为不可抢占内核。
当FreeRTOS
被设置为可剥夺型内核时，处于就绪态的高优先级任务能剥夺低优先级任务的CPU使用权，这
样可保证系统满足实时性的要求；当FreeRTOS被设置为不可剥夺型内核时，处于就绪态的高优
先级任务只有等当前运行任务主动释放CPU的使用权后才能获得运行，这样可提高CPU的运行
效率。
这篇文章是以freertosv5.0版本的代码为例子分析下它的任务管理方面的实现。
时间关系可
能没有太多时间写的很详细了。
1.链表管理
freertos里面的任务管理，queue,semaphore管理等都借助于双向链表，它定义了个通用的数
据结构
/*定义链表节点？
？
*/
StructxLIST_ITEM
{
链表节点的数据项，通常用在任务延时，表示一个任务延
portTickTypexItemValue;//
时的节拍数
通过这两个成员变量将所有节点
volatilestructxLIST_ITEM*pxNext;//
链接成双向链表
volatilestructxLIST_ITEM*pxPrevious;//
void*pvOwner;//指向该item的所有者，通常是任务控制
块
void*pvContainer;//指向此链表结点所在的链表
};
/*定义一个链表？
？
*//*一个优先级一个链表？
？
*/这个数据结构定义了一个通用的链表节点；下面的数据结构定义了一个双向链表typedefstructxLIST
{
volatileunsignedportBASE_TYPEuxNumberOfItems;//表示该链表中节点的数目
volatilexListItem*pxIndex;//用于遍历链表，指向上次访问的节
点
八、、
volatilexMiniListItemxListEnd;//链表尾结点/*指向链表中的最后一个节点？
*/
}xList;
而下面这个数据结构用在xList中，只是为了标记一个链表的尾，是一个marker
structxMINI_LIST_ITEM
{
portTickTypexItemValue;
volatilestructxLIST_ITEM*pxNext;
volatilestructxLIST_ITEM*pxPrevious;
};
typedefstructxMINI_LIST_ITEMxMiniListItem;
对于链表的操作也定义了一系列的函数和宏，在list.c文件中。
如初始化个链表，吧一个节点插入链表等。
初始化链表:
voidvListInitialise（xList*pxList）
{
/*Theliststructurecontainsalistitemwhichisusedtomarkthe
endofthelist.Toinitialisethelistthelistendisinserted
astheonlylistentry.*/
pxList->pxIndex=（xListItem*）&（pxList->xListEnd）;
/*Thelistendvalueisthehighestpossiblevalueinthelistto
ensureitremainsattheendofthelist.*/
pxList->xListEnd.xItemValue=portMAX_DELAY;
/*Thelistendnextandpreviouspointerspointtoitselfsoweknow
whenthelistisempty.*/
pxList->xListEnd.pxNext=（xListItem*）&（pxList->xListEnd）;
pxList->xListEnd.pxPrevious=（xListItem*）&（pxList->xListEnd）;
pxList->uxNumberOfItems=0;
}
把一个节点插入到链表尾部：
voidvListInsertEnd（xList*pxList,xListItem*pxNewListItem）
{
volatilexListItem*pxIndex;
/*InsertanewlistitemintopxList,butratherthansortthelist,
makesthenewlistitemthelastitemtoberemovedbyacalltopvListGetOwnerOfNextEntry.Thismeansithastobetheitempointedtoby
thepxIndexmember.*/
pxIndex=pxList->pxIndex;//指向最后访问的节点要被插入节点的前一个节点
pxNewListItem->pxNext=pxIndex->pxNext;
pxNewListItem->pxPrevious=pxList->pxIndex;pxIndex->pxNext->pxPrevious=（volatilexListItem*）pxNewListItem;pxIndex->pxNext=（volatilexListItem*）pxNewListItem;
pxList->pxIndex=（volatilexListItem*）pxNewListItem;
/*Rememberwhichlisttheitemisin.*/
pxNewListltem->pvContainer=（void*）pxList;
（pxList->uxNumberOfltems）++;
}
这些就不多说了。
2.任务控制块
typedefstructtskTaskControlBlock
{
volatileportSTACK_TYPE*pxTopOfStack;//指向堆栈顶
xListItemxGenericListltem;//通过它将任务连入就绪链表或者延时链表或者挂起链表中
xListItemxEventListltem;//通过它把任务连入事件等待链表
unsignedportBASE_TYPEuxPriority;//优先级
portSTACK_TYPE*pxStack;//指向堆栈起始位置
signedportCHARpcTaskName[configMAX_TASK_NAME_LEN];
#if（portCRITICAL_NESTING_IN_TCB==1）unsignedportBASE_TYPEuxCriticalNesting;
#endif
#if（configUSE_TRACE_FACILITY==1）
unsignedportBASE_TYPEuxTCBNumber;//用于trace,debug时候提供方便
#endif
#if（configUSE_MUTEXES==1）
unsignedportBASE_TYPEuxBasePriority;//当用mutex发生优先级反转时用
#endif
#if（configUSE_APPLICATION_TASK_TAG==1）
pdTASK_HOOK_CODEpxTaskTag;
#endif
}tskTCB;
其中uxBasePriority用于解决优先级反转，freertos采用优先级继承的办法解决这个问题,
在继承时，将任务原先的优先级保存在这个成员中，将来再从这里恢复任务的优先级。
3.系统全局变量
freertos将任务根据他们的状态分成几个链表。
所有就绪状态的任务根据任务优先级加到对应的就绪链表中。
系统为每个优先级定义了一个xList。
如下：
staticxListpxReadyTasksLists[configMAX_PRIORITIES];
/*此外，所有延时的任务加入到两个延时链表之一
staticxListxDelayedTaskListl;
staticxListxDelayedTaskList2;
还定义了两个指向延时链表的指针：
staticxList*volatilepxDelayedTaskList;
staticxList*volatilepxOverflowDelayedTaskList;
freertos弄岀两个延时链表是因为它的延时任务管理的需要。
freertos根据任务延时时间的长短按
序将任务插入这两个链表之一。
在插入前先把任务将要延时的xTicksToDelay数加上系统当前
tick数，这样得到了一个任务延时duetime（到期时间）的绝对数值。
但是有可能这个相加操作
会导致溢岀，如果溢岀则加入到pxOverflowDelayedTaskList指向的那个链表，否则加入
pxDelayedTaskList指向的链表。
freertos还定义了个pending链表：
staticxListxPendingReadyList;
这个链表用在调度器被lock（就是禁止调度了）的时期，如果一个任务从非就绪状态变为就绪
状态，它不直接加到就绪链表中，而是加到这个pending链表中。
等调度器重新启动（unlock）的
时候再检查这个链表，把里面的任务加到就绪链表中
staticvolatilexListxTasksWaitingTermination;
/*staticvolatileunsignedportBASE_TYPEuxTasksDeleted=（unsignedportBASE_TYPE）0;
一个任务被删除的时候加入到xTasksWaitingTermination链表中，uxTasksDeleted跟中系统中有
多少任务被删除（即加到xTasksWaitingTermination链表的任务数目）
staticxListxSuspendedTaskList;
/*这个链表记录着所有被xTaskSuspend挂起的任务，注意这不是那些等待信号量的任务。
staticvolatileunsignedportBASE_TYPEuxCurrentNumberOfTasks;记录了当前系统任务的数目
staticvolatileportTickTypexTickCount;是自启动以来系统运行的ticks数
staticunsignedportBASE_TYPEuxTopUsedPriority;记录当前系统中被使用的最高优先级，
staticvolatileunsignedportBASE_TYPEuxTopReadyPriority;记录当前系统中处于就绪状态的最高优先级。
staticvolatilesignedportBASE_TYPExSchedulerRunning
;表示当前调度器是否在运行，也即内核是否启动了
4.任务管理
freertos与ucosii不同，它的任务控制块并不是静态分配的，而是在创建任务的时候动态分配。
另外，freertos的优先级是优先级数越大优先级越高，和ucosii正好相反。
任务控制块中也没有
任务状态的成员变量，这是因为freertos中的任务总是根据他们的状态连入对应的链表，没有必
要在任务控制块中维护一个状态。
此外freertos对任务的数量没有限制，而且同一个优先级可以
有多个任务。
先看任务创建:
**参数:
pvTaskCode---任务函数名称
**pcName---任务名字，可选
**ucStackDepth---任务堆栈的深度，即大小
**pvParamenters---参数，即传给任务函数的参数,所有的任务函数原型是voidtask（void*pvParameters）
**uxPriority—任务优先级
**pxCreatedTask—可选，通过它返回被创建任务的tcb
*******************************************************************/signedportBASE_TYPExTaskCreate（pdTASK_CODEpvTaskCode,constsignedportCHAR*constpcName,unsignedportSHORTusStackDepth,void*pvParameters,unsignedportBASE_TYPEuxPriority,xTaskHandle*pxCreatedTask）
{
signedportBASE_TYPExReturn;
tskTCB*pxNewTCB;
#if（configUSE_TRACE_FACILITY==1）
staticunsignedportBASE_TYPEuxTaskNumber=0;/*lint!
e956Staticisdeliberate-thisisguardedbeforeuse.*/
#endif
/*动态分配tcb和任务堆栈*/pxNewTCB=prvAllocateTCBAndStack（usStackDepth）;
/*如果分配成功的话*/if（pxNewTCB!
=NULL）
{portSTACK_TYPE*pxTopOfStack;
/*初始化tcb*/prvInitialiseTCBVariables（pxNewTCB,pcName,uxPriority）;
/*计算堆栈的顶*/
#ifportSTACK_GROWTH<0
{pxTopOfStack=pxNewTCB->pxStack+（usStackDepth-1）;
}
#else
{pxTopOfStack=pxNewTCB->pxStack;
}
#endif
/*初始化任务堆栈，并将返回地址保存在tcb中的pxTopOfStack变量*/pxNewTCB->pxTopOfStack=pxPortInitialiseStack（pxTopOfStack,pvTaskCode,pvParameters）;
/*关中断*/portENTER_CRITICAL（）;
{/*更新系统的任务数*/uxCurrentNumberOfTasks++;if（uxCurrentNumberOfTasks==（unsignedportBASE_TYPE）1）{
/*如果这是系统中第一个任务，则把它设为当前任务*/
pxCurrentTCB=pxNewTCB;
/*如果这是系统中的第一个任务，那也就意味着内核刚准备启动，实际上这第一个任务一定是idle任务，这个时候我们要做一些系统初始化，即初始化那些全局链表*/
prvInitialiseTaskLists（）;
}
else
{
/*如果内核还没有运行，则把当前任务设成已经创建的任务中优先级最高的那个,将来内核一旦
运行，调度器会马上选择它运行*/if（xSchedulerRunning==pdFALSE）
{if（pxCurrentTCB->uxPriority<=uxPriority）
{
pxCurrentTCB=pxNewTCB;
}
}
}
/*我们记录下当前使用的最高优先级，这为了方便任务调度*/
if（pxNewTCB->uxPriority>uxTopUsedPriority）
{uxTopUsedPriority=pxNewTCB->uxPriority;
}
#if（configUSE_TRACE_FACILITY==1）
{
/*AddacounterintotheTCBfortracingonly.*/pxNewTCB->uxTCBNumber=uxTaskNumber;uxTaskNumber++;
}
#endif
/*把新创建的任务加到就绪链表*/prvAddTaskToReadyQueue（pxNewTCB）;
xReturn=pdPASS;
traceTASK_CREATE（pxNewTCB）;
}
portEXIT_CRITICAL（）;
}
/*如果分配内存失败，我们返回错误*/
else
{
xReturn=errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY;traceTASK_CREATE_FAILED（pxNewTCB）;
}
if（xReturn==pdPASS）
{
if（（void*）pxCreatedTask!
=NULL）
{
/*将新创建任务的tcb返回给调用者
*pxCreatedTask=（xTaskHandle）pxNewTCB;
}
/*如果调度器已经运行*/
if（xSchedulerRunning!
=pdFALSE）
{
/*如果新创建的任务的优先级高于当前正在运行的任务，则调度*/
if（pxCurrentTCB->uxPriority{
taskYIELD（）;
}
}
}
returnxReturn;
}
其中prvAllocateTCBAndStack分配tcb和stack内存，这个里面调用了pvportMalloc和pvPortFree函数来分配和释放内存，这两个函数对应于C标准库里面的malloc和free。
但是标
准库中的mallo和free存在以下缺点：
并不是在所有的嵌入式系统中都可用，要占用不定的程序空间，可重人性欠缺以及执行时间具有不可确定性,而且多次反复调用可能导致严重的内存碎
片。
因此freertos在内存管理那块自己实现了这两个函数。
statictskTCB*prvAllocateTCBAndStack（unsignedportSHORTusStackDepth）
{
tskTCB*pxNewTCB;
/*AllocatespacefortheTCB.Wherethememorycomesfromdependsontheimplementationoftheportmallocfunction.*/
pxNewTCB=（tskTCB*）pvPortMalloc（sizeof（tskTCB））;
if（pxNewTCB!
=NULL）
{
/*Allocatespaceforthestackusedbythetaskbeingcreated.ThebaseofthestackmemorystoredintheTCBsothetaskcanbedeletedlaterifrequired.*/
pxNewTCB->pxStack=（portSTACK_TYPE*）pvPortMalloc（（（size_t）usStackDepth）*sizeof（portSTACK_TYPE））;
if（pxNewTCB->pxStack==NULL）
{
/*Couldnotallocatethestack.DeletetheallocatedTCB.*/
vPortFree（pxNewTCB）;
pxNewTCB=NULL;
}
else
{
/*Justtohelpdebugging.*/
memset（pxNewTCB->pxStack,tskSTACK_FILL_BYTE,usStackDepth*
sizeof（portSTACK_TYPE））;
}
}
returnpxNewTCB;
}
再看任务删除：
freertos的任务删除分两步完成，第一步在vTaskDelete中完成，FreeRTOS先把要删除的任务从就绪任务链表和事件等待链表中删除，然后把此任务添加到任务删除链表（即那个xTasksWaitingTermination），若删除的任务是当前运行任务，系统就执行任务调度函数.第2步
则是在idle任务中完成，idle任务运行时，检查xTasksWaitingTermination链表，如果有任务在这个表上，释放该任务占用的内存空间，并把该任务从任务删除链表中删除。
/****************************************************************
**参数：
pxTaskToDelete是一个指向被删除任务的句柄，这里其实就是等价于任务控制块
**如果这个句柄==NULL
升级会员 