FreeRTOS线程和线程调度

简介

FreeRTOS里面的线程叫任务,使用TCB(Task Control Block)来描述一个任务,每个任务有自己的栈空间。线程和线程调度是每一个操作系统里面相当关键的技术,本文通过FreeRTOS这个内核来阐述这两个知识点。

线程创建

每一个线程在创建的时候(xTaskGenericCreate)需要分配两个memory

一块memory是用来表示TCB,另外一块是用于新创建线程的栈。

FreeRTOS线程和线程调度_第1张图片

pxTopOfStack:指向栈顶

pxStack:指向栈底

uxPriority:线程优先级,Freertos里面是值越大,优先级越高

xGenericListItem:双向链表

params_ptr:线程运行函数的参数

pcTaskName:线程名字

TaskFunction:线程执行函数

线程创建示例

例如:现在要创建一个名字叫“Task0”的Task0Thread线程,Task0Thread的参数为123,优先级为0,那么TCB和Stack的信息就会如下图所示:

FreeRTOS线程和线程调度_第2张图片

线程调度 

  • 调度链表

FreeRTOS里面有两个关键的双向链表来保存上面提到的线程TCB,一个是pxReadyTasksLists[Max_PRI](Max_PRI是FreeRTOS里面定义的最大优先级,不同优先级的线程保存在不同的链表里面),另外一个是xSuspendedTaskList(这个只有一个链表,没有区分优先级)。所以可以看到pxReadyTasksLists根据FreeRTOS的最大优先级有一个双向链表数组,而保存挂起线程的链表只有一个。

FreeRTOS线程和线程调度_第3张图片

  • 调度时机

线程被创建后,不是立马就会运行,需要等待所有的线程创建好后,最后执行调度器根据调度策略从pxReadyTasksLists池选择一个线程来运行,流程如下:

  • 调度策略

线程调度会根据优先级或是运行时长,来从pxReadyTasksLists里面选择一个最佳的线程来赋值给PC进行执行。下面根据最简单的基于线程优先级来分析调度流程。下面两幅图给出了创建两个相同优先级和不同优先级的线程流程图。

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 优先级相同的线程示例

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  优先级不同的线程示例

  •  基于优先级的主动线程调度流程

FreeRTOS线程和线程调度_第7张图片

vTaskResume先把需要运行的线程放到pxReadyTasksLists链表中;

vTaskSuspend把当前运行的线程放到xSuspendedTaskList链表中;

Scheduler调度器基于优先级,遍历pxReadyTasksLists链表,取出最高优先级下的TCB赋值给pxCurrentTCB,然后执行上下文切换操作。

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