嵌入式FreeRTOS学习八，xTaskCreate创建任务的细节以及恢复中断任务实现

一.创建任务函数xTaskCreate

任务也不是很复杂的东西，任务也就是一个函数xTaskCreate。简单得说，创建一个任务，你得提供它的执行函数，你得提供它的栈的大小，函数的执行空间，函数的优先级等重要的条件。因为任务在运行中，任务函数有调用关系，有局部变量，这些都保存在任务的栈里面；任务有可能被切换，有可能被暂停，这时候CPU寄存器中断现场数据都保存在栈里面。

BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode,
                        const char * const pcName, 
/*lint !e971 Unqualified char types are allowed for strings and single characters only. */
                        const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth,
                        void * const pvParameters,
                        UBaseType_t uxPriority,
                        TaskHandle_t * const pxCreatedTask )
 

参数说明：
（1）TaskFunction_t   ： typedef   void   (*TaskFunction_t)( void * );    函数指针
（2）const  char  *  const  pcName  ：  任务名字
（3）configSTACK_DEPTH_TYPE   ：   #define  configSTACK_DEPTH_TYPE   uint16_t   是无符号的2字节数值,表示栈的深度大小，实际由malloc函数分配大小
（4）void  *  const  pvParameters  ：是要传入的参数
（5）UBaseType_t   uxPriority   ：    typedef  unsigned   short   UBaseType_t;  是一个无符号的整形数，表示优先级的大小，数值越大优先级越大
（6）TaskHandle_t  *  const   pxCreatedTask ：这里面有一个TCB结构体指针,传出去的参数

​

 

TCB_t的全称为Task Control Block，也就是任务控制块，这个结构体包含了一个任务所有的信息，但是源代码中存在大量的条件配置选项，以下屏蔽掉的都是可以通过条件来配置的选项，通过条件来决定哪些定义使用或者不用，暂时不需要用到这些，对条件配置项进行屏蔽,TCB最主要的参数在上面它的定义以及相关变量的解释如下

typedef struct tskTaskControlBlock             
    {
        // 这里栈顶指针必须位于TCB第一项是为了便于上下文切换操作，详见xPortPendSVHandler中任务切换的操作。
        volatile StackType_t    *pxTopOfStack;    
 
       
        // 表示任务状态，不同的状态会挂接在不同的状态链表下
        ListItem_t            xStateListItem;    
        // 事件链表项，会挂接到不同事件链表下
        ListItem_t            xEventListItem;        
        // 任务优先级，数值越大优先级越高
        UBaseType_t            uxPriority;            
        // 指向堆栈起始位置，这只是单纯的一个分配空间的地址，可以用来检测堆栈是否溢出
        StackType_t            *pxStack;            
        // 任务名
        char                pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ];
 
/*
//以下屏蔽掉的都是可以通过条件来配置的选项，通过条件来决定哪些定义使用或者不用，暂时不需要用到这 
//些，屏蔽掉,TCB最主要的参数在上面
//#####################################################################################
 
        // MPU相关暂时不讨论
        #if ( portUSING_MPU_WRAPPERS == 1 )
            xMPU_SETTINGS    xMPUSettings;        
        #endif
        // 指向栈尾，可以用来检测堆栈是否溢出
        #if ( ( portSTACK_GROWTH > 0 ) || ( configRECORD_STACK_HIGH_ADDRESS == 1 ) )
            StackType_t        *pxEndOfStack;        
        #endif
 
        // 记录临界段的嵌套层数
        #if ( portCRITICAL_NESTING_IN_TCB == 1 )
            UBaseType_t        uxCriticalNesting;    
        #endif
        // 跟踪调试用的变量
        #if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )
            UBaseType_t        uxTCBNumber;        
            UBaseType_t        uxTaskNumber;        
        #endif
        // 任务优先级被临时提高时，保存任务原本的优先级
        #if ( configUSE_MUTEXES == 1 )
            UBaseType_t        uxBasePriority;        
            UBaseType_t        uxMutexesHeld;
        #endif
        // 任务的一个标签值，可以由用户自定义它的意义，例如可以传入一个函数指针可以用来做Hook    函数调用
        #if ( configUSE_APPLICATION_TASK_TAG == 1 )
            TaskHookFunction_t pxTaskTag;
        #endif
 
        // 任务的线程本地存储指针，可以理解为这个任务私有的存储空间
        #if( configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS > 0 )
            void            *pvThreadLocalStoragePointers[     configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS ];
        #endif
 
        // 运行时间变量
        #if( configGENERATE_RUN_TIME_STATS == 1 )
            uint32_t        ulRunTimeCounter;    
        #endif
 
        // 支持NEWLIB的一个变量
        #if ( configUSE_NEWLIB_REENTRANT == 1 )
            struct    _reent xNewLib_reent;
        #endif
        // 任务通知功能需要用到的变量
        #if( configUSE_TASK_NOTIFICATIONS == 1 )
            // 任务通知的值 
            volatile uint32_t ulNotifiedValue;
            // 任务通知的状态
            volatile uint8_t ucNotifyState;
        #endif
        // 用来标记这个任务的栈是不是静态分配的
        #if( tskSTATIC_AND_DYNAMIC_ALLOCATION_POSSIBLE != 0 ) 
            uint8_t    ucStaticallyAllocated;         
        #endif
 
        // 延时是否被打断
        #if( INCLUDE_xTaskAbortDelay == 1 )
            uint8_t ucDelayAborted;
        #endif
        // 错误标识
        #if( configUSE_POSIX_ERRNO == 1 )
            int iTaskErrno;
        #endif
//###################################################################################
*/
    } tskTCB;
    typedef tskTCB TCB_t;

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二.创建任务的具体内部细节

以简单的任务创建函数为例，这里分别创建了三个简单任务vTask1，vTask2，vTask3

void vTask1( void *pvParameters )
{    /* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
	for( ;; )
	{
		flagIdleTaskrun = 0;
		flagTask1run = 1;
		flagTask2run = 0;
		flagTask3run = 0;
		/* 打印任务的信息 */
		printf("T1\r\n");				
    }
}
void vTask2( void *pvParameters )
{	
	/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
	for( ;; )
	{
		flagIdleTaskrun = 0;
		flagTask1run = 0;
		flagTask2run = 1;
		flagTask3run = 0;
		/* 打印任务的信息 */
		printf("T2\r\n");				
	}
}
 
void vTask3( void *pvParameters )
{	
	const TickType_t xDelay5ms = pdMS_TO_TICKS( 5UL );		
	
	/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
	for( ;; )
	{
		flagIdleTaskrun = 0;
		flagTask1run = 0;
		flagTask2run = 0;
		flagTask3run = 1;
		/* 打印任务的信息 */
		printf("T3\r\n");				
		// 如果不休眠的话, 其他任务无法得到执行
		vTaskDelay( xDelay5ms );
	}
}
//主函数的实现
int main( void )
{
	prvSetupHardware();	
	xTaskCreate(vTask1, "Task 1", 1000, NULL, 0, NULL);
	xTaskCreate(vTask2, "Task 2", 1000, NULL, 0, NULL);
	xTaskCreate(vTask3, "Task 3", 1000, NULL, 2, NULL);
    /* 启动调度器 */
	vTaskStartScheduler();
    /* 如果程序运行到了这里就表示出错了, 一般是内存不足 */
	return 0;
}

三.TCB任务结构体在RAM内存中的存在

下面的图中，将一整个tsTaskControlBlock结构体代码数据放入RAM内存中，表示出在内存中分配一个TCB结构体的效果（只画图表示效果，实际上可能不完全一样）；可以看到，在RAM内存中分配的栈空间保存的数据有：

栈顶指针pxTopOfStack；  指向划分出来的内存空间的最后一个数据保存的位置
状态链表xStateListItem；
事件链表 xEventListItem；    
任务优先级 uxPriority；         
指向堆栈起始位置指针 pxStack；指向划分出来的内存空间的起始地址位置          
任务名 pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ]；

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四.任务函数创建时栈空间分配和大小的问题

//任务创建函数
xTaskCreate(vTask1, "Task 1", 1000, NULL, 0, NULL);

在创建这个任务的时候，传进来的参数是保存在哪里呢？首先看传进来的栈的大小这个参数1000,这时需要弄明白两个问题。第一是栈是从哪里分配？第二是栈的大小怎么确定？

第一个问题栈是从哪里分配？栈其实就是一块空闲的内存，FreeRTOS的heap2.cpp文件中关于是定义了一个巨大的全局数组ucHeap，这个数组没人使用，作为一块空闲的内存，在以后的栈的空间的分配就从这个巨大的数组里面划分可用的内存，来给某个任务当做栈来使用，如上图所示；由宏定义可知数组的大小为17*1024个字节。

第二个问题，例子中栈的大小怎么确定？可以根据程序员出入的值的大小进行分配，例子中划分出1000*4字节的内存，然后内存的起始空间保存在pxStack指针中。

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五.任务函数创建时函数指针和参数保存问题和作用

//任务创建函数
xTaskCreate(vTask1, "Task 1", 1000, NULL, 0, NULL);

第一个参数是函数指针xTaskCreat其实就是函数的地址addrF，当我们想要去启动这个任务，或者调用这个函数的时候,我们可以让CPU中的R15寄存器，也就是PC寄存器的值等于函数的地址。addrF即可。

第四个参数是随着函数传入的参数值，通常保存在R0寄存器中。

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六.任务处于暂停的状态恢复运行

系统从定义的全局数组ucHeap中分配可用的空间给任务函数xTaskCreate使用，例子中分配了1000*4的内存空间，pxStack指向内存开始的地址位置，pxTopOfStack指向内存中最后一个数据保存的位置。

我们在创建任务的时候，任务函数xTaskCreate已经创建了这部分内存，帮我们修改了RAM内存里面的内容，在TCB结构体里面，我们没有看到传入的参数和函数指针，其实任务函数已经把这些值写入了CPU内存中的R15和R0等寄存器，以便恢复任务时使用。

刚创建任务的时候，任务还没有运行，属于某种暂停状态，当任务被中断，系统将当前任务的寄存器入栈进行现场保护，其中包括R15函数返回地址，R0参数等；然后开始运行中断任务，中断任务结束，则开始恢复RAM内存中栈里面的各种寄存器现场，从R15函数返回地址开始执行，跳转回上一个被中断的任务，继续执行。如上图所示。