FreeRTOS 学习：（二十九）任务切换的底层逻辑（了解）

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任务调度器 + 启动第一个任务（了解）

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任务切换的底层逻辑（了解）

这章是底层逻辑解释，主要是为了解决bug、能写出更正确的代码，新手这里了解即可，会用就行，后续可以回来看看

任务切换的 本质：就是 CPU 寄存器的切换。

简单点说就是：

1）所有任务都共用一组 CPU 寄存器

以 ARM Cortex-M 系列（如 STM32 使用的 M3/M4/M7）为例：

• 通用寄存器（13 个）

  • R0 -- R12：用于数据运算、传参、临时存储。
    • R0--R3 常用于函数参数传递和返回值；
    • R4--R11 通常由函数保存（callee-saved）。

• 特殊功能寄存器（3 个 + 1 个程序状态寄存器）

  • R13 (SP)：堆栈指针（Stack Pointer），指向当前任务的堆栈顶部。

  • R14 (LR)：链接寄存器（Link Register），保存函数返回地址或异常返回地址。

  • R15 (PC)：程序计数器（Program Counter），指向下一条要执行的指令地址。

  • xPSR（Program Status Register）：包含条件标志（如 Z、N、C、V）、中断使能位、当前执行 Thumb 状态等。

✅ 在异常（如中断、PendSV）发生时，硬件自动将 R0--R3、R12、LR、PC、xPSR 压入当前堆栈（称为"自动压栈"）。

CPU 同时只能处理一个任务

2）通过触发 PendSV 中断实现任务切换

PendSV中断是如何触发的，有两种：

• 在滴答定时器中断中调用，
• 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

3）压栈和出栈（PendSV 中断服务函数）

1. 每个任务拥有独立堆栈，用于保存自己的 CPU 寄存器状态（称为"上下文"）。
2. 任务切换时 （如时间片到期或高优先级任务就绪）：
   • 保存当前任务上下文（压栈，保存现场 ）：
     • 硬件在进入异常（如 PendSV）时自动压栈 R0--R3、R12、LR、PC、xPSR；
     • OS 用汇编代码手动压栈 R4--R11，并将当前堆栈指针（SP）存入该任务的控制块（TCB）。
   • 切换到下一个任务（出栈，恢复现场 ）：
     • 从新任务的 TCB 取出其 SP；
     • 从其堆栈中弹出 R4--R11；
     • 异常返回时，硬件自动恢复其余寄存器并跳转到该任务上次中断的位置继续执行。
3. 关键点 ：
   • 不是"赋值"，而是通过堆栈压入/弹出实现寄存器状态的保存与恢复；
   • 所有操作围绕每个任务自己的堆栈进行；
   • 硬件 + 汇编协同完成，确保高效、原子性。
4. 总结就是：
   • 任务切换 = 保存当前任务寄存器到其堆栈 + 恢复下一任务寄存器从其堆栈，靠硬件和汇编高效协作完成。

4）图解

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