FreeRTOS实时操作系统的内核控制示例解析

前言

内核控制的一些功能需要移植层提供，为了方便移植，这些API函数用宏来实现，比如上下文切换、进入和退出临界区、禁止和使能可屏蔽中断。内核控制函数还包括启动和停止调度器、挂起和恢复调度器以及用于低功耗模式的调整系统节拍函数。

1.强制上下文切换宏

taskYIELD：用于强制上下文切换的宏。在中断服务程序中的等价版本为portYIELD_FROM_ISR，这也是个宏，其实现取决于移植层。

用于上下文切换的实际代码由移植层提供。对于Cortex-M3硬件，这个宏会引起PendSV中断。

2.进入临界区宏

taskENTER_CRITICAL：用于进入临界区的宏。在临界区中不会发生上下文切换。

进入临界区的实际代码由移植层提供，对于Cortex-M3硬件，先禁止所有RTOS可屏蔽中断，这可以通过向basepri 寄存器写入configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY来实现。

basepri寄存器被设置成某个值后，所有优先级号大于等于此值的中断都被禁止，但若被设置为0，则不关闭任何中断，0为默认值。然后临界区嵌套计数器增1。

3.退出临界区宏

taskEXIT_CRITICAL：用于退出临界区的宏。

退出临界区的实际代码有移植层提供，对于Cortex-M3硬件，先将临界区嵌套计数器减1，如果临界区计数器为零，则使能所有RTOS可屏蔽中断，这可以通过向basepri 寄存器写入0来实现。

4.禁止可屏蔽中断宏

taskDISABLE_INTERRUPTS：禁止所有RTOS可屏蔽中断。

在调用宏taskENTER_CRITICAL进入临界区时，也会间接调用该宏禁止所有RTOS可屏蔽中断。

5.使能可屏蔽中断宏

taskENABLE_INTERRUPTS：使能所有RTOS可屏蔽中断。

在调用宏taskEXIT_CRITICAL退出临界区时，也会间接调用该宏使能所有RTOS可屏蔽中断。

6.启动调度器

6.1函数描述

void vTaskStartScheduler( void );

启动RTOS调度器，之后RTOS内核控制哪个任务执行以及何时执行。

当调用vTaskStartScheduler()后，空闲任务被自动创建。

如果configUSE_TIMERS被设置为1，定时器后台任务也会被创建。

如果vTaskStartScheduler()成功执行，则该函数不会返回，直到有任务调用了vTaskEndScheduler()。

如果因为RAM不足而无法创建空闲任务，该函数也可能执行失败，并会立刻返回调用处。

7.停止调度器

7.1函数描述

void vTaskEndScheduler( void );

仅用于x86硬件架构中。

停止RTOS内核系统节拍时钟。所有创建的任务自动删除并停止多任务调度。

8.挂起调度器

8.1函数描述

void vTaskSuspendAll( void );

挂起调度器，但不禁止中断。当调度器挂起时，不会进行上下文切换。调度器挂起后，正在执行的任务会一直继续执行，内核不再调度（意味着当前任务不会被切换出去），直到该任务调用了xTaskResumeAll ()函数。

内核调度器挂起期间，那些可以引起上下文切换的API函数（如vTaskDelayUntil()、xQueueSend()等）决不可使用。

9.恢复被挂起的调度器

9.1函数描述

BaseType_t xTaskResumeAll( void );

恢复因调用vTaskSuspendAll()函数而挂起的实时内核调度器。

xTaskResumeAll()仅恢复调度器，它不会恢复那些被vTaskSuspend()函数挂起的任务。

9.2返回值

返回pdTRUE 表示恢复调度器引起了一次上下文切换，否则，返回pdFALSE。

9.3用法举例

 voidvTask1( void * pvParameters )
 {
     for( ;; )
     {
         /* 任务代码写在这里 */
         /* ... */
         /* 有些时候，某个任务希望可以连续长时间的运行，但这时不能使用taskENTER_CRITICAL ()/taskEXIT_CRITICAL ()的方法，这样会屏蔽掉中断，引起中断丢失，包括系统节拍时钟。可以使用vTaskSuspendAll ()停止RTOS内核调度：*/
         xTaskSuspendAll ();
         /* 执行操作代码放在这里。这样不用进入临界区就可以连续长时间执行了。在这期间，中断仍然会得到响应，RTOS内核系统节拍时钟也会继续保持运作 */
         /* ... */
         /* 操作结束，重新启动RTOS内核 。我们想强制进行一次上下文切换，但是如果恢复调度器的时候已经执行了上下文切换，再执行一次是没有意义的，因此会进行一次判断。*/
         if( !xTaskResumeAll () )
         {
              taskYIELD ();
         }
     }
 }

10.调整系统节拍

10.1函数描述

void vTaskStepTick( TickType_txTicksToJump );

如果RTOS使能tickless空闲功能，每当只有空闲任务被执行时，系统节拍时钟中断将会停止，微控制器进入低功耗模式。

当微控制器退出低功耗后，系统节拍计数器必须被调整，将进入低功耗的时间弥补上。

如果FreeRTOS移植文件中定义了宏portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP()实体，则函数vTaskStepTick用于在这个宏portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP()实体内部调整系统节拍计数器。

函数vTaskStepTick是一个全局函数，所以也可以在宏portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP()实体中重写该函数。

在文件FreeRTOSConfig.h中，宏configUSE_TICKLESS_IDLE必须设置为1，此函数才有效。

10.2参数描述

xTickToJump：时间值，单位是系统节拍周期，表示微处理器进入低功耗的时间，函数根据这个值来调整系统节拍计数器的值。

10.3用法举例

/* 首先定义宏portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP()。宏参数指定要进入低功耗（睡眠）的时间，单位是系统节拍周期。*/#defineportSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP( xIdleTime ) vApplicationSleep( xIdleTime ) /* 定义被宏portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP()调用的函数 */void vApplicationSleep(TickType_t xExpectedIdleTime ){ unsigned long ulLowPowerTimeBeforeSleep,ulLowPowerTimeAfterSleep; /* 从时钟源获取当前时间，当微控制器进入低功耗的时候，这个时钟源必须在运行 */ ulLowPowerTimeBeforeSleep =ulGetExternalTime(); /*停止系统节拍时钟中断。*/ prvStopTickInterruptTimer(); /* 配置一个中断，当指定的睡眠时间达到后，将处理器从低功耗中唤醒。这个中断源必须在微控制器进入低功耗时也可以工作。*/ vSetWakeTimeInterrupt( xExpectedIdleTime ); /*进入低功耗 */ prvSleep(); /* 确定微控制器进入低功耗模式持续的真正时间。因为其它中断也可能使得微处理器退出低功耗模式。注意：在调用宏portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP()之前，调度器应该被挂起，portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP()返回后，再将调度器恢复。因此，这个函数未完成前，不会执行其它任务。*/ ulLowPowerTimeAfterSleep =ulGetExternalTime(); /*调整内核系统节拍计数器。*/ vTaskStepTick( ulLowPowerTimeAfterSleep –ulLowPowerTimeBeforeSleep ); /*重新启动系统节拍时钟中断。*/ prvStartTickInterruptTimer();}/* 首先定义宏portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP()。宏参数指定要进入低功耗（睡眠）的时间，单位是系统节拍周期。*/
#defineportSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP( xIdleTime ) vApplicationSleep( xIdleTime )
 /* 定义被宏portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP()调用的函数 */
void vApplicationSleep(TickType_t xExpectedIdleTime )
{
    unsigned long ulLowPowerTimeBeforeSleep,ulLowPowerTimeAfterSleep;
     /* 从时钟源获取当前时间，当微控制器进入低功耗的时候，这个时钟源必须在运行 */
    ulLowPowerTimeBeforeSleep =ulGetExternalTime();
     /*停止系统节拍时钟中断。*/
    prvStopTickInterruptTimer();
     /* 配置一个中断，当指定的睡眠时间达到后，将处理器从低功耗中唤醒。这个中断源必须在微控制器进入低功耗时也可以工作。*/
    vSetWakeTimeInterrupt( xExpectedIdleTime );
     /*进入低功耗 */
    prvSleep();
     /* 确定微控制器进入低功耗模式持续的真正时间。因为其它中断也可能使得微处理器退出低功耗模式。注意：在调用宏portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP()之前，调度器应该被挂起，portSUPPRESS_TICKS_AND_SLEEP()返回后，再将调度器恢复。因此，这个函数未完成前，不会执行其它任务。*/
    ulLowPowerTimeAfterSleep =ulGetExternalTime();
            /*调整内核系统节拍计数器。*/
    vTaskStepTick( ulLowPowerTimeAfterSleep –ulLowPowerTimeBeforeSleep );
    /*重新启动系统节拍时钟中断。*/
    prvStartTickInterruptTimer();
}

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