FreeRTOS中任务切换过程的分析

FreeRTOS中Pendsv任务切换过程的分析

一、Pendsv中断任务解析

（1）uxCriticalNesting 是进入临界区的次数
（2）pxCurrentTCB是FreeRTOS运行时当前的任务块
（3）vTaskSwitchContext是用来选择下一个要运行任务的函数
（4）mrs r0, psp 是将进程栈指针送到r0
（5）isb是指令同步代码，由于CortexM3，4为哈弗结构，因此保证执行完之前指令之后再继续执行后续指令
（6）ldr r3, =pxCurrentTCB 将pxCurrentTCB的地址放入r3
（7）ldr r2, [r3] 获取当前的任务块地址（此处注意任务块首地也是指向任务栈的栈顶指针）
（8）stmdb r0!, {r4-r11} 保存剩下的8个寄存器，为什么是剩下的8个寄存器，在没有浮点运算的cortexM3，M4中，cpu中的普通寄存器有15个，分别为r0-r12，r13（SP：栈指针），r14（LR，链接寄存器，主要用来中断等返回），r15（PC：程序计数器，指向当前指令的之后的第4个地址，因为为3流水线结构），而在进入中断时，cpu会自动将r0-r3，r12，r14，返回地址，xPSR（程序状态寄存器）共8个寄存器压栈，而普通寄存器还剩r4-r11（SP是不用压栈的）
（9）str r0, [r2] 将r0的内容（即新的栈顶指针）写到任务块中（任务栈的栈顶指针），这样下次调任务的时候就可以执行出栈操作。
（10）stmdb sp!, {r3, r14}，将r3，r14入栈，r3保存了pxCurrentTCB的地址，而r14用来中断返回的，由于下面调用了vTaskSwitchContext，防止这两个寄存器内容丢失。（注意此处压的栈是msp，并非psp，因为处理模式下只能使用msp）
（11）
mov r0,#configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
msr basepri, r0
dsb
isb
是用来屏蔽中断，即进入临界区，并进行数据指令同步
（12）bl vTaskSwitchContext选择下一个要运行的任务，注意此函数中将pxCurrentTCB的值改成了下一个要运行的任务，而r3指向的是pxCurrentTCB的地址，故取出来后的是下一个要运行任务的任务块的地址！！！（pxCurrentTCB是一个房间，此房间内容是要运行的任务块地址，而r3保存的是pxCurrentTCB的房间号，故取到的虽是同一个pxCurrentTCB的房间，但pxCurrentTCB的房间里面实际内容已经改变了，这是理解后面的关键）
（13）mov r0, #0
msr basepri, r0
打开中断，即退出临界区
（14）ldmia sp!, {r3, r14} 恢复r3，r14
（15）
ldr r1, [r3]
ldr r0, [r1]
ldmia r0!, {r4-r11}
此时r0指向下一个要运行任务的首地址，即任务栈顶（详细分析见（12）），恢复r4-r11的内容，故此处恢复的是即将运行任务的“环境”
（13）
msr psp, r0
isb
更新psp进程栈指针，即指向了下一个要运行任务的任务栈的地址（那些要运行的“环境”已经出栈了）
（14）
bx r14
nop
执行此代码后上述的8个寄存器将自动出栈，注意此处恢复的也是下个运行任务的8组寄存器（因为从该中断返回是进入线程模式，用的是psp，（13）中已将psp更新为下一任务的栈地址），故PC将指向下个任务，至此任务切换完成
【注】r14内容一直的是用来返回pendsv中断的

void vTaskSwitchContext( void )函数

（1）如果任务调度器挂起则置位标志位
（2）taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK();选则下一个要运行的函数

taskSELECT_HIGHEST_PRIORITY_TASK()

（1）portGET_HIGHEST_PRIORITY( uxTopPriority, uxReadyPriorities );
其定义为 uxTopPriority = ( 31UL - ( uint32_t ) __clz( ( uxReadyPriorities ) ) )
__clz是前导零计算的汇编指令，即是检测uxTopReadyPriorities从高位到第一个不为0的0个数，用31减去则得到该第一个1对应的位数，即为最高优先级的任务。（获取最高优先级任务有软件通用方法和硬件方法两种：1硬件方法就是设置优先级标志组，即该字中每个位代表一个优先级，则可用前导零来获取最高优先级任务（但并不是所有cpu都提供该指令）但优先级数量只有32位 2利用软件方法获取，优先级数不受限制）
（2）listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY( pxCurrentTCB, &( pxReadyTasksLists[ uxTopPriority ] ) );因为同等最高优先级任务放在同一个uxTopReadyPriorities下标的链表中，则调用获取链表中第一个任务，并且更新到pxCurrentTCB中