代码收藏家 FreeRTOS任务调度与任务切换 | FreeRTOS八
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说明：
关于内容：
1）以下内容多为概念了解与步骤分析
2）暂无个人示例代码，使用的是FreeRTOS的官方示例代码
3）若想移植代码测试的，请移步其它地方寻找，下文内容暂无个人示例代码供测试
关于其它：
1）操作系统：win 10
2）平台：keil 5 mdk
3）语言：c语言
4）板子：STM32系列移植FreeRTOS
一、任务调度器
1.1、开启任务调度器函数
名称：vTaskStartScheduler()，作用：启动任务调度器，当任务调度器启动后，FreeRTOS会开始进行任务的调度。
1.2、任务调度器实现步骤
关于内容：
1）以下内容多为概念了解与步骤分析
2）暂无个人示例代码，使用的是FreeRTOS的官方示例代码
3）若想移植代码测试的，请移步其它地方寻找，下文内容暂无个人示例代码供测试
关于其它：
1）操作系统：win 10
2）平台：keil 5 mdk
3）语言：c语言
4）板子：STM32系列移植FreeRTOS
1.1、开启任务调度器函数
名称：vTaskStartScheduler()，作用：启动任务调度器，当任务调度器启动后，FreeRTOS会开始进行任务的调度。
1.2、任务调度器实现步骤
1）创建空闲任务：prvldelTask
如下图1：
图1
2）创建软件定时器任务：xTimerCreateTimerTask（可选，不配置宏定义则不创建）
如下图2：
图2
3）关中断（会在启动第一个任务时开启）
如下图3：
图3
4）初始化全局变量
如下图4，因为刚启动任务调度器，此时没有任务在运行，给等待时间为最大值8个F，如下图5：
图4
图5
5）初始化任务运行时间统计功能的时基定时器
如下图6，实际上并没有实现功能，只是定义了一个接口：
图 6
6）调用函数xPortStartScheduler完成任务调度器
如下图7：
图7
1.3、xPortStartScheduler()函数
作用：完成启动任务调度器中与硬件框架相关的配置部分，以及启动第一个任务。
1）检测用户在FreeRTOSConfig.h文件中对中断的相关配置是否有误
如下图8，内容较多，截取部分：
图8
2）配置PendSV和SysTick的中断优先级为最低优先级
如下图9，通过给寄存器赋值给优先级：
图9
3）调用vPortSetupTimerlnterrupt()函数配置SysTick
图下图10：
图10
4）初始化临界区嵌套计数器为 0
如下图11：
图11
5）调用函数prvStartFirstTask()函数启动第一个任务
如下图12：
图12
二、启动一个任务
如何启动一个任务？
找到优先级最高的任务，将最高优先级任务的寄存器值放到CPU的寄存器中，就相当于启动了最高优先级的任务。
例如：要启动的第一个任务是A，任务A的寄存器值，在创建时就保存在申请的任务堆栈中，将任务A堆栈的寄存器值取出，放到CPU寄存器上，即可。
注意：
1）中断产生时，硬件自动将PSR，PC（R15，程序计算器PC），LR（R14，连接寄存器），R12，R3-R0保存和恢复，而R4-R11需要手动保存和恢复。R12（MSP主栈堆指针–>中断、PSP进程栈堆指针）
2）进入中断后，硬件会强制使用MSP指针，此时LR（R14，连接寄存器）的值将会被自动更新为特殊的EXC_RETURN
2.1、prvStartFirstTask()函数
作用：初始化启动第一个任务前的环境，主要是重新设置MSP指针，并使能全局中断（开启PendSV）
什么是MSP指针？
程序在运行过程需要一定的栈空间来保存局部变量等信息。当有信息保持到栈里面时，MCU会自动更新SP指针，ARM Cortex-M内核提供了两个栈空间。
MSP（主堆栈指针）：由OS内核、异常服务例程以及需要所有特权访问的应用程序代码来使用；
PSP（进程堆栈指针）：用于常规的应用程序代码（不处于异常服务例程中时）；
在FreeRTOS中，中断使用MSP（主堆栈），中断以外使用PSP（进程堆栈）。
1）复位MSP初始值
如下图13：
图13
2）使能中断（开启中断）
如下图14：
图14
3）触发SVC中断（获取当前优先级最高的任务控制块pxCurrentTCP；将该任务的寄存器值出栈至CPU寄存器中；设置PSP；返回r14，执行第一个任务）
如下图15：
图15
2.2、vPortSVCHandler()函数
1）通过pxCurrentTCP获取优先级最高的就绪态任务的任务栈地址，优先级最高的就绪态任务是系统将要运行的任务
如下图16：
图16
2）通过任务栈顶指针，将任务栈中的内容出栈到CPU寄存器中，任务栈中的内容在调用任务函数时已初始化，设置PSP值
图下图17：
图17
3）设置控制中断寄存器值写0，允许中断
如下图18：
图18
4）R14在ISR中，记录了异常返回值EXC_RETURN
异常返回值EXC_RETURN合法值如下图19：
图19
三、任务切换
任务切换的本质是？
CPU寄存器的切换（切换到那个任务的寄存器值，就是在运行那个任务）。
3.1、任务切换触发途径
相当于触发PnedSV中断的途径，如下：
1）滴答定时器触发
2）调用FreeRTOS的API函数触发，例如：portYIELD()
本质上是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中断。
3.2、PendSV中断触发任务切换步骤
1）当前PSP是正在运行的任务的栈指针，读取当前PSP进程指针，存入r0
2）压栈（也叫保存现场，从r0开始往下）
如下图20：
图20
3）获取当前最高优先级任务控制块
4）出栈（也叫恢复现场，把寄存器的值给CPU寄存器）
如下图21：
图21
5）更新切换后的任务栈指针给PSP（也就是把r0给PSP）
6）bx r14执行更新任务函数
3.3、任务切换实现函数
名称：__asm void xPortPendSVHandler( void )，作用：实现任务切换
实现步骤如下：
1）手动8字节对齐，给PSP，r0的值
如下图22：
图22
2）获取当前最高优先级任务
如下图23：
图23
3）获取当前任务最高优先级
如下图24：
图24
4）开中断
如下图25：
5）压栈
如下图26：
图26
6）把栈顶给PSP
如下图27：
图27
