FreeRtos嵌入式操作系统学习1--操作系统原理初探

这里由于是第一篇文章，不讲复杂的数据机构，也不进行代码分析，只讲嵌入式操作系统原理。

先看下面一个简单的程序：

void task1()
{

	while(1)
	{
		Led1(1);//（1）
		delay(500)
		Led1(0);//（2）
	}
}
void task2()
{
		while(1)
	{
		Led2(1);//（3）
		delay(100)
		Led2(0);//（4）
	}
}
void main()
{
	//硬件初始化
	//软件初始化
	//创建多任务
	//启动多任务
}

main函数首先进行硬件初始化（必须），之后进行软件初始化（可选），然后创建多任务，最后启动多任务。
task1和task2在操作系统的时间片上切换，给人一种错觉，他们在同时运行，但实际上，操作系统是在这两个任务之间来回切换，比如任务2要执行了，就将任务1的状态入栈（现场保护），任务2的状态出栈（现场恢复），任务1要执行也是同理。

小伙伴们看完上面这段可能会有疑问，任务之间到底是如何切换的呢？新任务创建与启动都需要做哪些工作呢？首先我们解决第一个问题。

1. 任务是如何切换的？

程序当前运行的状态

学过计算机原理的小伙伴应该都知道，CPU在执行程序的时候，不外乎取指、译码、执行这些过程，这些工作要依赖CPU内部的寄存器完成，比如STM32，他的内部有xPSR、PC、LR、R12、R0-R14寄存器，在任务task1的（1）、（2）时刻，任务task2的（3）、（4）时刻，xPSR、PC、LR、R12、R0-R14这些寄存器的值都不一样，这些寄存器就代表了当前任务的运行状态。
是这样吗？上面的表述只说明了CPU内部的寄存器，但是程序有全局变量，局部变量之分，这些分别位于内存的堆区和栈区，程序的堆栈难道就不是程序运行的状态了吗？

不得不说，内存里面保存的数据和CPU寄存器里面保存的值，都是当前任务的状态，在某一时刻，CPU只能为一个任务服务，而内存却能同时保存好多任务的数据，但是内存这东西只要不断电，他保存的数据就不丢失，除非人为去擦除哈！所以，对于任务的切换，我们目前暂且认为是CPU内部寄存器的值。对于STM32，就是xPSR、PC、LR、R12、R0-R14寄存器。

任务切换就是旧任务的状态保存与新任务的状态恢复

先看旧任务的状态保存。上面已经说过，状态就是CPU内部寄存器的值，对于STM32，就是xPSR、PC、LR、R12、R0-R14寄存器。保存在什么地方呢？如何保存这些值呢？
首先肯定是保存在内存里面（保存在硬盘里也行，如果你的硬盘够快哈）。
第二个问题，如何保存？对于搞C++,JAVA这些高级语言的同学，可能会想到，i=a这样的赋值语句，搞嵌入式的你应该知道一个叫栈的东西吧，不知道栈不能算得上一个合格的嵌入式工程师哈！，因为不知道栈也就意味着你不知道中断的运行机制！
好啦，废话不多说。旧任务的状态保存就是吧CPU内部这些寄存器的值压入栈中，那么聪明的你肯定也知道了，新任务的状态恢复就是从栈中依次将这些寄存器的值弹出。
入栈，出栈这些操作是用汇编语言完成的，当然，有些CPU可能会帮你完成一部分入栈出栈的工作。

2. 新任务是如何创建并启动的？

与任务相关的就是任务的状态，即CPU寄存器的值，创建任务就是要初始化这些寄存器的值，与一般的初始化不同，CPU内部寄存器的值都有特定的含义，比如R0一般作为函数的第一个参数（编译器这个规定的），PC表示程序在内存运行的地址。比如要创建一个名字为task1的任务，传入参数为888，那么R0的值为888，PC的值为task1函数在内存中的地址。
创建任务需写汇报代码区给CPU内部寄存器赋值吗？
直接赋值也可以，但这是一个笨办法，每个任务不是有他自身的栈吗？我们可以用C语言直接操作任务栈，然后将任务设置为就绪状态，下一个时钟周期到来后任务切换到新任务，新任务便开始运行。

想必小伙伴们看完之后基本原理已经清楚了，但是任然有一些疑问：
1 怎么表示一个任务？
这将涉及到与任务相关的数据结构
2 任务切换的时机是什么？

不同任务优先级之间如何切，同优先级之间如何切，多长时间切，这些我将在后面的博客中讲解。