任务管理
任务的管理主要依据调度器实现，调度器的主要职责就是从就绪链表中找到优先级最高的任务，然后进行上下文切换，执行该任务。在查找优先级最高的任务过程中有两种方式，第一种是在就绪链表中从高优先级往低优先级查找，另外一种是计算前导零，直接在这个变量中uxTopReadyPriority获取最高优先级的任务。
任务状态
- 就绪态
任务创建成功后，会将其挂载到对应优先级的就绪链表中，等到调度器的执行；
对应的链表定义为：
c
PRIVILEGED_DATA static List_t pxReadyTasksLists[ configMAX_PRIORITIES ];- 挂起态
如果将任务挂起，则对于调度器来讲，任务不可见，操作的函数为：
c
void vTaskSuspend( TaskHandle_t xTaskToSuspend ); //挂起任务
void vTaskResume( TaskHandle_t xTaskToResume ) //恢复任务 对应的链表为
c
PRIVILEGED_DATA static List_t xSuspendedTaskList; - 运行态
运行态表示任务此时正在运行，占用处理器的资源；
- 阻塞态
当任务调用延时函数，获取去获取某一个通信变量时会导致进行阻塞态；进入阻塞态的任务如果条件满足，会进行就绪态准备调度；
对应的链表为：
c
PRIVILEGED_DATA static List_t xDelayedTaskList1;
PRIVILEGED_DATA static List_t xDelayedTaskList2; 任务状态迁移过程
几个不经常理解的状态迁移过程：
- 运行到就绪态：CPU使用权被高优先级任务抢占，此时的任务会进行就绪态；
- 阻塞到就绪：如果阻塞的任务条件满足，则变为就绪态，如果优先级高于此时的优先级，则再次变为运行态；
- 挂起到就绪：通过API操作，注意如果这个任务优先级比运行的任务优先级高，则会发生切换，变成运行态；
问题
-
如何管理这些状态？
通过状态链表管理，在每个任务的TCB中有一个成员变量，指示着当前任务处于什么状态链表中；
ctypedef struct tskTaskControlBlock { volatile StackType_t *pxTopOfStack; ListItem_t xStateListItem; //用于记录当前任务处于什么链表之中 /* 省略部分代码 */ }tskTCB; -
有多少状态链表？
在prvAddNewTaskToReadyList函数中，如果是第一次执行，则会调用prvInitialiseTaskLists函数初始化状态链表；
cstatic void prvInitialiseTaskLists( void ) { for( uxPriority = ( UBaseType_t ) 0U; uxPriority < ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES; uxPriority++ ) { vListInitialise( &( pxReadyTasksLists[ uxPriority ] ) ); //就绪链表，每个优先级对应一个 } vListInitialise( &xDelayedTaskList1 ); vListInitialise( &xDelayedTaskList2 ); vListInitialise( &xPendingReadyList ); //记录中断中解除阻塞的任务 #if ( INCLUDE_vTaskDelete == 1 ) { vListInitialise( &xTasksWaitingTermination ); //等待删除的链表 } #endif /* INCLUDE_vTaskDelete */ #if ( INCLUDE_vTaskSuspend == 1 ) { vListInitialise( &xSuspendedTaskList ); //挂起链表 } #endif /* INCLUDE_vTaskSuspend */ /* Start with pxDelayedTaskList using list1 and the pxOverflowDelayedTaskList using list2. */ pxDelayedTaskList = &xDelayedTaskList1; pxOverflowDelayedTaskList = &xDelayedTaskList2; }
常用函数分析
-
任务挂起，需要将INCLUDE_vTaskSuspend置1
cvoid vTaskSuspend( TaskHandle_t xTaskToSuspend ) /* 有删减 */ { TCB_t *pxTCB; taskENTER_CRITICAL(); { /* 1.获取任务的TCB，如果为null，则返回当前任务的TCB */ pxTCB = prvGetTCBFromHandle( xTaskToSuspend ); /* 2. 移除任务的链表状态 */ uxListRemove( &( pxTCB->xStateListItem ) ) /* 3.移除任务的事件状态 */ listLIST_ITEM_CONTAINER( &( pxTCB->xEventListItem ) ) /* 4. 将其插入到挂起链表 */ vListInsertEnd( &xSuspendedTaskList, &( pxTCB->xStateListItem ) ); } taskEXIT_CRITICAL(); /* 5. 重置阻塞时间 */ prvResetNextTaskUnblockTime() /* 6. 判断是否为当前任务 */ if( pxTCB == pxCurrentTCB ) { if( xSchedulerRunning != pdFALSE ) { portYIELD_WITHIN_API(); /* 立即调度 */ } else { vTaskSwitchContext(); /* 在就绪链表中查找，更新pxCurrentTCB */ } } }- 任务挂起就是将任务的状态从延时链表或其他链表中移除，将其加入到挂起链表中；
- vTaskSuspendAll函数是将所有任务挂起，他的本质是挂起调度器uxSchedulerSuspended；
-
任务恢复
cvoid vTaskResume( TaskHandle_t xTaskToResume ) { TCB_t * const pxTCB = ( TCB_t * ) xTaskToResume; if( ( pxTCB != NULL ) && ( pxTCB != pxCurrentTCB ) ) { taskENTER_CRITICAL(); { if( prvTaskIsTaskSuspended( pxTCB ) != pdFALSE ) { /*1. 从挂起链表中移除 */ ( void ) uxListRemove( &( pxTCB->xStateListItem ) ); /*2. 加入到就绪链表 */ prvAddTaskToReadyList( pxTCB ); /* 3. 优先级判断 */ /* We may have just resumed a higher priority task. */ if( pxTCB->uxPriority >= pxCurrentTCB->uxPriority ) { taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION(); /* 立即调度 */ } } } taskEXIT_CRITICAL(); }- 任务的恢复就是将任务从挂起链表删除，加入到就绪链表中；
- 如果恢复的任务优先级高，则直接调度执行；
- xTaskResumeFromISR函数是在中断中调度的，区别就是内部不会进行任务切换，如果需要切换，会返回true。
- xTaskResumeAll是恢复所有的挂起任务；
-
任务删除
cvoid vTaskDelete( TaskHandle_t xTaskToDelete ) { TCB_t *pxTCB; taskENTER_CRITICAL(); { /* 1. 获取删除任务的TCB */ pxTCB = prvGetTCBFromHandle( xTaskToDelete ); /* 2. 移除任务的链表和事件状态 */ uxListRemove( &( pxTCB->xStateListItem ) ) listLIST_ITEM_CONTAINER( &( pxTCB->xEventListItem ) ) /* 3. 任务数量加加 */ uxTaskNumber++; /* 4. 删除的是当前任务 */ if( pxTCB == pxCurrentTCB ) { /* 4.1 将任务状态链表加入到等待删除链表 */ vListInsertEnd( &xTasksWaitingTermination, &( pxTCB->xStateListItem ) ); /* 4.2 等待删除的任务数量++；*/ ++uxDeletedTasksWaitingCleanUp; /* 4.3 执行删除之前的动作 */ portPRE_TASK_DELETE_HOOK( pxTCB, &xYieldPending ); } else { /* 任务数量-- */ --uxCurrentNumberOfTasks; prvDeleteTCB( pxTCB ); /*删除任务TCB，包括TCB的空间和栈空间 */ prvResetNextTaskUnblockTime(); /* 复位阻塞时间 */ } } taskEXIT_CRITICAL(); /* 5. 如果调度器在运行，要删除的任务是当前任务，则执行一次切换 */ if( xSchedulerRunning != pdFALSE ) { if( pxTCB == pxCurrentTCB ) { portYIELD_WITHIN_API(); /* 切换 */ } } }- 任务的删除就是将任务的TCB和栈空间进行释放；
- 如果要删除的任务是当前任务，那么就将其加入到待删除链表xTasksWaitingTermination，在IDLE任务中会将任务的TCB和栈空间进行删除；
- 如果删除的不是当前任务，则直接删除TCB和栈空间；
-
任务延时
cvoid vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay ) { BaseType_t xAlreadyYielded = pdFALSE; if( xTicksToDelay > ( TickType_t ) 0U ) { vTaskSuspendAll(); /* 挂起所有任务 */ { /* 添加到延时链表 */ prvAddCurrentTaskToDelayedList( xTicksToDelay, pdFALSE ); } xAlreadyYielded = xTaskResumeAll(); /* 恢复所有 */ } if( xAlreadyYielded == pdFALSE ) /* 如果没有要切换的，则强行切换 */ { portYIELD_WITHIN_API(); } }- 整个过程首先是调用vTaskSuspendAll函数，将任务进行挂起，挂起的操作本质是将uxSchedulerSuspended变量加1。然后将这个任务添加到延时链表中，插入的过程中会计算这个任务的延时时间，并将这个时间写入到xStateListItem中的xItemValue成员变量中。然后将当前任务加入到延时链表中，插入中会根据xItemValue变量寻找插入的位置，在延时链表中会按照延时时间升序排列，即越快到时间的结点，越靠近头部。后面调用xTaskResumeAll函数进行恢复，此时当前任务已经挂载到了延时链表中。后面就是调度切换，这里有两方面，如果xPendedTicks大于0，则会加一次tick，并判断是否需要调度，如果需要调度会将xYieldPendings写成true,进而调用taskYIELD_TASK_CORE_IF_USING_PREEMPTION函数进行调度。如果xPendedTicks等于0,则xAlreadyYielded为FALSE，调用这个 taskYIELD_WITHIN_API函数完成任务切换。这里的切换均是采用的系统调用的方式。
- vTaskDelayUntil是绝对延时函数；
实验
创建两个任务，一个任务是LED会进行1秒一次的闪烁，另外一个是按键任务，一个按键负责挂起LED任务，另外一个按键负责恢复LED任务。实验的现象为LED挂起后，将不会再闪烁，LED任务恢复后，LED继续闪烁。
c
static void KEY_Task(void* parameter)
{
uint8_t key = 0;
while (1) {
key=KEY_Scan(0);
if(key)
{
switch(key)
{
case WKUP_PRES:
printf("挂起LED 任务！\n");
vTaskSuspend(LED_Task_Handle); /* 挂起 */
break;
case KEY0_PRES:
printf("恢复LED 任务！\n");
vTaskResume(LED_Task_Handle); /* 恢复 */
break;
}
}
vTaskDelay(20);/* 延时20 个tick */
}
}任务创建
函数代码
c
BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode,
const char * const pcName,
const uint16_t usStackDepth,
void * const pvParameters,
UBaseType_t uxPriority,
TaskHandle_t * const pxCreatedTask )
{
TCB_t *pxNewTCB;
BaseType_t xReturn;
StackType_t *pxStack;
pxStack = ( StackType_t * ) pvPortMalloc( ( ( ( size_t ) usStackDepth ) * sizeof( StackType_t ) ) );
if( pxStack != NULL )
{
/* Allocate space for the TCB. */
pxNewTCB = ( TCB_t * ) pvPortMalloc( sizeof( TCB_t ) );
if( pxNewTCB != NULL )
{
pxNewTCB->pxStack = pxStack;
}
else
{
vPortFree( pxStack );
}
}
if( pxNewTCB != NULL )
{
prvInitialiseNewTask( pxTaskCode, pcName, ( uint32_t ) usStackDepth, pvParameters, uxPriority, pxCreatedTask, pxNewTCB, NULL );
prvAddNewTaskToReadyList( pxNewTCB );
xReturn = pdPASS;
}
return xReturn;
} 首先xTaskCreate函数进行创建任务，在创建任务的过程中传入任务的名称，栈的大小，参数，优先级和任务对应的执行函数。该函数会调用prvCreateTask创建任务对应的TCB信息，如果TCB信息创建正常，则会将该任务通过prvAddNewTaskToReadyList函数添加到就绪链表中。
创建任务TCB的过程为：首先从堆中申请一定的内存空间，例如这里的任务栈大小为1024，单位是8个字节，那么总的空间大小为8KB。然后从堆中申请一块空间用作TCB_t变量，将TCB变量中的stack指针指向刚刚申请的栈空间，然后调用prvInitialiseNewTask函数初始化TCB变量，包括pxTopOfStack、pcTaskName、uxPriority、StateListItem，其中pxTopOfStack变量在调用pxPortInitialiseStack函数后重新赋值，pxPortInitialiseStack函数会将栈中头部34个字节的空间用于保存CPU的状态，在创建任务时会初始化这34个字节的空间。
添加就绪链表的具体过程为：首先会先初始化RTOS用到的一些链表，包括每个中断优先级下的就绪链表，阻塞链表和挂起链表，例如如果支持5个优先级，则会创建5个就绪链表。最后会将任务挂载到对应优先级的链表中，等待调度器的执行。
c
#define prvAddTaskToReadyList( pxTCB ) \
traceMOVED_TASK_TO_READY_STATE( pxTCB ); \
taskRECORD_READY_PRIORITY( ( pxTCB )->uxPriority ); \
vListInsertEnd( &( pxReadyTasksLists[ ( pxTCB )->uxPriority ] ), &( ( pxTCB )->xStateListItem ) ); \
tracePOST_MOVED_TASK_TO_READY_STATE( pxTCB )使用方法
c
xReturn = xTaskCreate((TaskFunction_t )AppTaskCreate, /* 任务入口函数 */
(const char* )"AppTaskCreate",/* 任务名字 */
(uint16_t )512, /* 任务栈大小 */
(void* )NULL,/* 任务入口函数参数 */
(UBaseType_t )1, /* 任务的优先级 数值越大，优先级越高 */
(TaskHandle_t* )&AppTaskCreate_Handle);/* 任务控制块指针 */总结
任务是RTOS中最基本的调度单元，任务的创建与管理是非常重要的内容，任务的创建分为静态和动态两种方法，一般在实际项目中使用的均为动态方法。