【FreeRtos内部机制-韦东山(更新中)】
1 任务的引入_ARM框架
任务：**一段代码；运行位置；运行环境----------------->即运行起来的函数**
补充ARM架构，以F103为例；数据保存在内存，代码保存在Flash
** 内存四区**
> 堆区（heap）：一般由程序员手动分配释放（动态内存申请与释放），若程序员不释放，程序结束时可能由操作系统回收。
> 栈区（stack）：由编译器自动分配释放，**存放函数的形参、局部变量**等。当函数执行完毕时自动释放。
> 全局区（global /stack）：用于存放全局变量和静态变量， 里面细分有一个常量区，一些常量存放在此。该区域是在程序结束后由操作系统释放。
> 代码区（code/ text）：用于存放程序代码，字符串常量也存放于此。 ————————————————
> 内存四区原文链接：https://blog.csdn.net/weixin_44966641/article/details/120456141
1.1 探究 代码执行流程
a=a+b;
1.1.1 读变量,读到哪里去—寄存器
**CPU运行时，先去Flash上取得指令，再执行指令：
* 把内存a的值读入CPU寄存器R0
* 把内存b的值读入CPU寄存器R1
* 把R0、R1累加，存入R0
* 把R0的值写入内存a
** CPU内部有R0、R1、……、R15共16个寄存器
* R13，别名SP，栈寄存器，保存着栈的地址
* R14，别名LR，返回地址，保存着函数的返回地址
* R15，别名PC，程序计数器，也就是当期程序运行到哪了
1.1.2 常用汇编指令补充
* 读内存：Load，LDR
* 写内存：Store，STR
* 加法：ADD
* 入栈：PUSH，实质上就是写内存STR
* 出栈：POP，实质上就是读内存LDR
* LDR R0, [R1, #0x00]
* 源地址：R1+0x00，注意：不是读R1，是把R1的值当做内存的地址
* 目的：R0，CPU的寄存器
* 长度：4字节，LDR指令就是读4字节，LDRH是读2字节，LDRB是读1字节
要写内存：写内存哪个地址？从哪里得到数据？写多少字节？
* STR R0, [R1, #0x00]
* 目的地址：R1+0x00，注意：不是写R1，是把R1的值当做内存的地址
* 源：R0，CPU的寄存器
* 长度：4字节，STR指令就是读4字节，STRH是读2字节，STRB是读1字节
入栈：把CPU的寄存器的值，写到内存上
* PUSH {R3, LR}
* 源：CPU的寄存器R3、LR的值
* 目的：内存，内存哪里？使用CPU的SP寄存器指定内存地址
* 长度：大括号里所有寄存器的数据长度，每个寄存器4字节
* 注意：低编号的寄存器，保存在内存的低地址处
出栈：把内存中的数值，写到CPU的寄存器
* POP {R3, PC}
* 源：内存，内存哪里？使用CPU的SP寄存器指定内存地址
* 目的：CPU的寄存器R3、PC的值
* 长度：大括号里所有寄存器的数据长度，每个寄存器4字节
* 注意：内存的低地址处的数据，写到CPU低编号的寄存器
1.2 栈的作用
1.2.1 代码运行汇编分析
1.2.2 栈与现场
> ① 什么是现场？
>
> 暂且认为现场就是：当前被打断瞬间所有寄存器的值
>
> ② 怎么保存现场？
> 保存现场 ：保存在内存里 ③ 内存在哪里？ 16个寄存器保存在栈里
>
> 任务：函数＋保存现场（栈）==运行中的函数
③ 保存现场的几种场景
任务切换：
保存所有寄存器的值
函数调用：
保存某些寄存器
传参--不用保存
中断处理：
硬件：保存一部分----栈
软件处理中断：保存一些用到的寄存器
2 创建函数任务
2.1 创建任务的函数简析
xTaskCreate函数原型：
> xTaskCreate函数:
> pxTaskCode：函数
> pcName: 任务名
> usStackDepth：栈大小，malloc 分配
> pvParameters：参数
> uxPriority：优先级
> pxCreatedTask：TCB结构体
2.2 创建任务的内部细节
2.2.1 TCB结构体
参数详解：
* 分配了TCB结构体
* 分配了栈
* 在栈里写入了函数地址、参数
```c
> 启用vTask函数：**往PC里放入函数地址，R0寄存器放入参数**
结构体成员
栈的大小分配
> 从哪里分配？
> 从1个巨大数组划分一部分内存用作栈，如下图，起始地址保存在TCB的pxSTACK里。
> 分配多大？
> 局部变量和调用深度
2.2 任务的调度机制与任务切换
2.2.1 优先级与状态
1 优先级不同
> 高优先级的任务，优先执行，可以抢占低优先级的任务
> 高优先级的任务不停止，低优先级的任务永远无法执行
> 同等优先级的任务，轮流执行：时间片轮转
2 状态
> 运行态：running
> 就绪态：ready
> 阻塞：blocked，等待某件事(时间、事件)
> 暂停：suspend，休息去了
2.2.2 任务调度
3 怎么取出要运行的任务
> 找到最高优先级的运行态、就绪态任务，运行它
>
> 如果大家平级，轮流执行：排队，链表前面的先运行，运行1个tick后乖乖地去链表尾部排队
>
>
4 谁进行调度？
> * TICK中断-----即定时器中断
2.2.3 任务状态的切换
不同的链表来维护不同状态的任务。
高优先级的任务3完成后从就绪ready链表进入delay链表，----->任务1，2得以执行
空闲任务：IdleTask: 清理工作
五个tick 后再次进入ready链表，继续统治
2.3 任务调度深入探讨
通过链表深入理解调度机制
* 可抢占：高优先级的任务先运行
* 时间片轮转：同优先级的任务轮流执行
* 空闲任务礼让：如果有同是优先级0的其他就绪任务，空闲任务主动放弃一次运行机会
3 消息队列(queue)
3.1 多任务系统中的互斥引入
定义全局变量a,多任务系统:A,B函数,均进行a++;--------------a=1
如何引入互斥机制，保证数据的可控性？
使用队列，用已经写好的API函数，关中断---写数据----开中断。
3.2 队列 好处
3.3 环形缓冲区
队列核心是：关中断、环形缓冲区、链表
3.4 队列结构体
3.4.1 队列读流程
3.4.2 队列写流程
4 信号量和互斥量
4.1 信号量操作流程
信号量核心： 计数值；
int count; list;
**1 获取信号量： Take 操作**
a 关中断
b if (count>0){
count--;
return ok;
}
c else {
（1）return Error;//不等待
（2）休眠：
a):放入SemaphoreList
b):ReadList[]--->DelayList
d 被唤醒：
count--;
return ok;
**2 释放信号量： Give 操作**
a 关中断
b count++;
c SemaphoreList非空？有任务等待？ wake up它。
4.2 互斥量
互斥量就是特殊的队列。
互斥量更是特殊的信号量，
互斥量实现了优先级继承。
低优先级任务获得互斥量，此时高优先级任务索取互斥量----->失败休眠。
HPTask提升低优先级的等级（优先级继承），使其快速搞定释放互斥量，然后恢复自己卑劣的地位，并唤醒HPTask;
5 事件组
1 创建
2 等待(哪些位？ 与/或，timeout)
a 关调度器
b 当前事件变量uxEventBits是否满足需要
满足；
不满足：返回Err
休眠：放入 event_group; readlist---->delayedList
3 设置事件
a 设置事件： uxEventBits
b 唤醒xTaskWatingForBits队列上“所有”满足条件的任务
事件组为什么不关中断？
事件中的中断不会设置“值”，只是触发/唤醒“守护任务”
6 任务通知的内部机制
### 8.1 核心: 通知状态、通知值
#### 8.1.1 通知状态
一个任务的"通知状态"有三种：
- taskNOT_WAITING_NOTIFICATION：任务没有在等待通知
- taskWAITING_NOTIFICATION：任务在等待通知
- taskNOTIFICATION_RECEIVED：任务接收到了通知，也被称为 pending(有数据了，待处理)
一个任务想等待别人发来通知，可以调用`ulTaskNotifyTake `或`xTaskNotifyWait `：
- 可能别人早就发来通知："通知状态"为taskNOTIFICATION_RECEIVED，那么函数立刻返回
- 可能别人还没发来通知：这些函数把"通知状态"从taskNOT_WAITING_NOTIFICATION
- 改为taskWAITING_NOTIFICATION，然后休眠
别的任务可以使用`xTaskNotifyGive`或`xTaskNotify `给某个任务发通知：
- 会马上唤醒对方
- 无条件唤醒对方，不管对方期待什么数据
