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前言
阻塞態：如果一個任務當前正在等待某個外部事件，則稱它處于阻塞態。
rtos中的延時叫阻塞延時，即任務需要延時的時候，會放棄CPU的使用權,進入阻塞狀態。在任務阻塞的這段時間，CPU可以去執行其它的任務(如果其它的任務也在延時狀態，那么 CPU 就將運行空閑任務)，當任務延時時間到，重新獲取 CPU 使用權，任務繼續運行。
空閑任務：處理器空閑的時候，運行的任務。當系統中沒有其他就緒任務時，空閑任務開始運行，空閑任務的優先級是最低的。
空閑任務
定義空閑任務：
#define portSTACK_TYPE uint32_t typedef portSTACK_TYPE StackType_t; /*定義空閑任務的棧*/ #define configMINIMAL_STACK_SIZE ( ( unsigned short ) 128 ) StackType_t IdleTaskStack[configMINIMAL_STACK_SIZE]; /*定義空閑任務的任務控制塊*/ TCB_t IdleTaskTCB;
創建空閑任務：在vTaskStartScheduler調度器啟動函數中創建。
/*任務控制塊的結構體 */
typedef struct tskTaskControlBlock
{
volatile StackType_t *pxTopOfStack; /* 棧頂 */
ListItem_t xStateListItem; /* 任務節點 */
StackType_t *pxStack; /* 任務棧起始地址 */
char pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ];/* 任務名稱，字符串形式 */
TickType_t xTicksToDelay; /* 用于延時 */
} tskTCB;
typedef tskTCB TCB_t;
/*獲取獲取空閑任務的內存：任務控制塊、任務棧起始地址、任務棧大小*/
void vApplicationGetIdleTaskMemory( TCB_t **ppxIdleTaskTCBBuffer,
StackType_t **ppxIdleTaskStackBuffer,
uint32_t *pulIdleTaskStackSize )
{
*ppxIdleTaskTCBBuffer=&IdleTaskTCB;//空閑任務的任務控制塊
*ppxIdleTaskStackBuffer=IdleTaskStack; //空閑任務的任務棧
*pulIdleTaskStackSize=configMINIMAL_STACK_SIZE;//棧的大小
}
void vTaskStartScheduler( void )
{
/*創建空閑任務start*/
TCB_t *pxIdleTaskTCBBuffer = NULL; /* 用于指向空閑任務控制塊 */
StackType_t *pxIdleTaskStackBuffer = NULL; /* 用于空閑任務棧起始地址 */
uint32_t ulIdleTaskStackSize;
/* 獲取：任務控制塊、任務棧起始地址、任務棧大小 */
vApplicationGetIdleTaskMemory( &pxIdleTaskTCBBuffer,
&pxIdleTaskStackBuffer,
&ulIdleTaskStackSize );
/*創建空閑任務*/
xIdleTaskHandle = xTaskCreateStatic( (TaskFunction_t)prvIdleTask, /* 任務入口 */
(char *)"IDLE", /* 任務名稱，字符串形式 */
(uint32_t)ulIdleTaskStackSize , /* 任務棧大小，單位為字 */
(void *) NULL, /* 任務形參 */
(StackType_t *)pxIdleTaskStackBuffer, /* 任務棧起始地址 */
(TCB_t *)pxIdleTaskTCBBuffer ); /* 任務控制塊 */
/* 將任務添加到就緒列表 */
vListInsertEnd( &( pxReadyTasksLists[0] ), &( ((TCB_t *)pxIdleTaskTCBBuffer)->xStateListItem ) );
/*創建空閑任務end*/
/* 手動指定第一個運行的任務 */
pxCurrentTCB = &Task1TCB;
/* 初始化系統時基計數器 */
xTickCount = ( TickType_t ) 0U;
/* 啟動調度器 */
if( xPortStartScheduler() != pdFALSE )
{
/* 調度器啟動成功，則不會返回，即不會來到這里 */
}
}
//下面是空閑任務的任務入口，看到，里面什么都沒做
//這個我用debug發現一直卡到這個for不動了。
//通過單步運行，發生了中斷，程序也無法進入中斷。
static portTASK_FUNCTION( prvIdleTask, pvParameters )
{
/* 防止編譯器的警告 */
( void ) pvParameters;
for(;;)
{
/* 空閑任務暫時什么都不做 */
}
}
阻塞延時
任務函數如下：延時函數由軟件延時替代為阻塞延時。
void Task1_Entry( void *p_arg )
{
for( ;; )
{
#if 0
flag1 = 1;
delay( 100 );/*軟件延時*/
flag1 = 0;
delay( 100 );
/* 線程切換，這里是手動切換 */
portYIELD();
#else
flag1 = 1;
vTaskDelay( 2 );/*阻塞延時*/
flag1 = 0;
vTaskDelay( 2 );
#endif
}
}
任務函數里面調用了vTaskDelay阻塞延時函數，如下。
/*阻塞延時函數的定義 */
void vTaskDelay( const TickType_t xTicksToDelay )
{
TCB_t *pxTCB = NULL;
/* 獲取當前任務的任務控制塊 */
pxTCB = pxCurrentTCB;
/* 設置延時時間：xTicksToDelay個SysTick延時周期 */
pxTCB->xTicksToDelay = xTicksToDelay;
/* 任務切換 */
taskYIELD();
}
然后vTaskDelay里面調用了taskYIELD函數，如下。目的是產生PendSV中斷，進入PendSV中斷服務函數。
/* Interrupt control and state register (SCB_ICSR)：0xe000ed04
* Bit 28 PENDSVSET: PendSV set-pending bit
*/
#define portNVIC_INT_CTRL_REG ( * ( ( volatile uint32_t * ) 0xe000ed04 ) )
#define portNVIC_PENDSVSET_BIT ( 1UL << 28UL )
#define portSY_FULL_READ_WRITE ( 15 )
/* Scheduler utilities. */
#define portYIELD() \
{ \
/* 設置 PendSV 的中斷掛起位，產生上下文切換 */ \
portNVIC_INT_CTRL_REG = portNVIC_PENDSVSET_BIT; \ \
/* Barriers are normally not required but do ensure the code is completely \
within the specified behaviour for the architecture. */ \
__dsb( portSY_FULL_READ_WRITE ); \
__isb( portSY_FULL_READ_WRITE ); \
}
PendSV中斷服務函數如下，里面調用了vTaskSwitchContext上下文切換函數，目的是尋找最高優先級的就緒任務，然后更新pxCurrentTCB。
__asm void xPortPendSVHandler( void )
{
// extern uxCriticalNesting;
extern pxCurrentTCB;
extern vTaskSwitchContext;
PRESERVE8
/* 當進入PendSVC Handler時，上一個任務運行的環境即：
xPSR，PC（任務入口地址），R14，R12，R3，R2，R1，R0（任務的形參）
這些CPU寄存器的值會自動保存到任務的棧中，剩下的r4~r11需要手動保存 */
/* 獲取任務棧指針到r0 */
mrs r0, psp
isb
ldr r3, =pxCurrentTCB /* 加載pxCurrentTCB的地址到r3 */
ldr r2, [r3] /* 加載pxCurrentTCB到r2 */
stmdb r0!, {r4-r11} /* 將CPU寄存器r4~r11的值存儲到r0指向的地址 */
str r0, [r2] /* 將任務棧的新的棧頂指針存儲到當前任務TCB的第一個成員，即棧頂指針 */
stmdb sp!, {r3, r14}
mov r0, #configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY /* 進入臨界段 */
msr basepri, r0
dsb
isb
bl vTaskSwitchContext /* 調用函數vTaskSwitchContext，尋找新的任務運行,通過使變量pxCurrentTCB指向新的任務來實現任務切換 */
mov r0, #0 /* 退出臨界段 */
msr basepri, r0
ldmia sp!, {r3, r14} /* 恢復r3和r14 */
ldr r1, [r3]
ldr r0, [r1] /* 當前激活的任務TCB第一項保存了任務堆棧的棧頂,現在棧頂值存入R0*/
ldmia r0!, {r4-r11} /* 出棧 */
msr psp, r0
isb
bx r14
nop
}
vTaskSwitchContext上下文切換函數如下。
任務需要延時的時候，會放棄CPU的使用權，進入阻塞狀態。在任務阻塞的這段時間，CPU可以去執行其它的任務(如果其它的任務也在延時狀態，那么 CPU 就將運行空閑任務)，當任務延時時間到，重新獲取 CPU 使用權，任務繼續運行。
void vTaskSwitchContext( void )
{
if( pxCurrentTCB == &IdleTaskTCB )//如果當前線程是空閑線程
{
if(Task1TCB.xTicksToDelay == 0)//如果線程1延時時間結束
{
pxCurrentTCB =&Task1TCB;//切換到線程1
}
else if(Task2TCB.xTicksToDelay == 0)//如果線程2延時時間結束(線程1在延時中)
{
pxCurrentTCB =&Task2TCB;//切換到線程2
}
else
{
return; /* 線程延時均沒有到期則返回，繼續執行空閑線程 */
}
}
else//當前任務不是空閑任務
{
if(pxCurrentTCB == &Task1TCB)//如果當前線程是線程1
{
if(Task2TCB.xTicksToDelay == 0)//如果線程2不在延時中
{
pxCurrentTCB =&Task2TCB;//切換到線程2
}
else if(pxCurrentTCB->xTicksToDelay != 0)//如果線程1進入延時狀態(線程2也在延時中)
{
pxCurrentTCB = &IdleTaskTCB;//切換到空閑線程
}
else
{
return; /* 返回，不進行切換 */
}
}
else if(pxCurrentTCB == &Task2TCB)//如果當前線程是線程2
{
if(Task1TCB.xTicksToDelay == 0)//如果線程1不在延時中
{
pxCurrentTCB =&Task1TCB;//切換到線程1
}
else if(pxCurrentTCB->xTicksToDelay != 0)//如果線程2進入延時狀態(線程1也在延時中)
{
pxCurrentTCB = &IdleTaskTCB;//切換到空閑線程
}
else
{
return; /* 返回，不進行切換*/
}
}
}
}
由上面代碼可知，vTaskSwitchContext上下文切換函數通過看xTicksToDelay是否為零，來判斷任務已經就緒or繼續延時。
xTicksToDelay以什么周期遞減，在哪遞減。這個周期由SysTick中斷提供。
SysTick
SysTick是系統定時器，重裝載數值寄存器的值遞減到0的時候，系統定時器就產生一次中斷，以此循環往復。
下面是SysTick的初始化。
//main函數里面
/* 啟動調度器，開始多任務調度，啟動成功則不返回 */
vTaskStartScheduler();
//task.c里面調用了xPortStartScheduler函數
void vTaskStartScheduler( void )
{
//.....省略部分代碼
/* 啟動調度器 */
if( xPortStartScheduler() != pdFALSE )
{
/* 調度器啟動成功，則不會返回，即不會來到這里 */
}
}
//port.c里面
//xPortStartScheduler調度器啟動函數，里面調用了vPortSetupTimerInterrupt函數初始化SysTick
BaseType_t xPortStartScheduler( void )
{
/* 配置PendSV 和 SysTick 的中斷優先級為最低 */
portNVIC_SYSPRI2_REG |= portNVIC_PENDSV_PRI;
portNVIC_SYSPRI2_REG |= portNVIC_SYSTICK_PRI;
/* 初始化SysTick */
vPortSetupTimerInterrupt();
/* 啟動第一個任務，不再返回 */
prvStartFirstTask();
/* 不應該運行到這里 */
return 0;
}
//system_ARMCM4.c文件
#define XTAL (50000000UL) /* Oscillator frequency */
#define SYSTEM_CLOCK (XTAL / 2U)
//FreeRTOSConfig.h文件
//系統時鐘大小
#define configCPU_CLOCK_HZ ( ( unsigned long ) 25000000 )
//SysTick每秒中斷多少次，配置成100，10ms中斷一次
#define configTICK_RATE_HZ ( ( TickType_t ) 100 )
//下面初始化SysTick
/* SysTick 控制寄存器 */
#define portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG ( * ( ( volatile uint32_t * ) 0xe000e010 ) )
/*SysTick 重裝載寄存器*/
#define portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG ( * ( ( volatile uint32_t * ) 0xe000e014 ) )
/*SysTick時鐘源的選擇*/
#ifndef configSYSTICK_CLOCK_HZ
#define configSYSTICK_CLOCK_HZ configCPU_CLOCK_HZ//configSYSTICK_CLOCK_HZ=configCPU_CLOCK_HZ
/* 確保SysTick的時鐘與內核時鐘一致 */
#define portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT ( 1UL << 2UL )//無符號長整形32位二進制，左移兩位
#else
#define portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT ( 0 )
#endif
#define portNVIC_SYSTICK_INT_BIT ( 1UL << 1UL )
#define portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT ( 1UL << 0UL )
//初始化SysTick的函數如下
void vPortSetupTimerInterrupt( void )
{
/* 設置重裝載寄存器的值 */
portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG = ( configSYSTICK_CLOCK_HZ / configTICK_RATE_HZ ) - 1UL;
/* 設置系統定時器的時鐘等于內核時鐘
使能SysTick 定時器中斷
使能SysTick 定時器 */
portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG = ( portNVIC_SYSTICK_CLK_BIT |
portNVIC_SYSTICK_INT_BIT |
portNVIC_SYSTICK_ENABLE_BIT );
}
初始化好SysTick，下面看看SysTick的中斷服務函數。
現在就明白了，xTicksToDelay是以SysTick的中斷周期遞減的。
// port.c文件，SysTick中斷服務函數
//里面調用了xTaskIncrementTick函數更新系統時基
void xPortSysTickHandler( void )
{
/* 關中斷 進入臨界段*/
vPortRaiseBASEPRI();
/* 更新系統時基 */
xTaskIncrementTick();
/* 開中斷 退出臨界段*/
vPortClearBASEPRIFromISR();
}
//task.c文件，
static volatile TickType_t xTickCount = ( TickType_t ) 0U;
void xTaskIncrementTick( void )
{
TCB_t *pxTCB = NULL;
BaseType_t i = 0;
/* 更新系統時基計數器xTickCount，xTickCount是一個在port.c中定義的全局變量 */
const TickType_t xConstTickCount = xTickCount + 1;
xTickCount = xConstTickCount;//把xTickCount加1
/* 掃描就緒列表中所有線程的xTicksToDelay，如果不為0，則減1 */
for(i=0; ixTicksToDelay > 0)
{
pxTCB->xTicksToDelay --;
}
}
/* 任務切換 */
portYIELD();
}
實驗現象
這個里面就可以看到，高電平時間是20ms，剛好是阻塞延時的20ms。而且兩個任務波形相同，好像是CPU在同時做兩件事。這就是阻塞延時的好處。
為什么呢，
一開始，所有任務都沒有進入延時。
當一個任務放棄CPU后(進入延時)，這一瞬間，CPU立即轉向運行另一個任務(另一個任務也立即進入延時)。這是因為uvTaskDelay阻塞延時函數里面調用了taskYIELD()任務切換函數。所以產生PendSV中斷，進入PendSV中斷服務函數xPortPendSVHandler。
在那個PendSV中斷服務函數里面，調用vTaskSwitchContext上下文切換函數，由于現在兩個任務都在延時過程中，就開始切到空閑任務。
等到重裝載數值寄存器的值遞減到0的時候，系統定時器就產生一次中斷，進入系統定時器的中斷函數中，改變xTicksToDelay，然后再次調用任務切換函數portYIELD()。目的是產生PendSV中斷，進入PendSV中斷服務函數。
然后再次調用vTaskSwitchContext上下文切換函數，判斷現在兩個任務是否還在延時，如果任務1不在延時，那么立即切到任務1，任務1里面又調用uvTaskDelay阻塞延時函數，再次套娃重復上面的活動。
所以波形上幾乎同步。
之前用軟件延時在任務函數里面寫delay(100)，這就屬于cpu一直跑這個delay，跑完了才進行任務切換，如下圖所示，一個任務高低電平全搞完，才切到下一個任務。
原文鏈接：https://www.cnblogs.com/jiangyiming/p/16102499.html
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