FreeRTOS源码解析（3）任务挂起与恢复-洪萨配资

1.任务挂起

1.1 流程图

获取 TCB 与移除工作：进入临界区，根据句柄获得任务控制块。将该任务从就绪/延迟列表移除，若移除后该优先级链表为空则清除就绪位图对应位；同时将其从事件等待列表移除（若正在等待事件），避免遗留无效等待项。
加入挂起列表：将任务的状态列表项插入xSuspendedTaskList末尾。若启用任务通知，遍历其所有通知状态，将处于等待通知的状态改为不再等待。
退出临界区后处理：若调度器运行中，重新计算下一次任务唤醒时间，以防原唤醒时间引用正是刚挂起的任务。
自身挂起时的切换：
- 若挂起的是当前任务且调度器运行，则断言调度器未挂起，触发portYIELD_WITHIN_API进行上下文切换。
- 若调度器未运行，则检查是否所有任务都进入挂起状态（挂起列表长度等于任务总数），若是则pxCurrentTCB = NULL，否则调用vTaskSwitchContext选择新当前任务。

1.2 源码解析

功能：将指定任务挂起。被挂起的任务不再参与调度，直到被其他任务调用vTaskResume()恢复。
参数：xTaskToSuspend是要挂起的任务句柄，若为NULL则挂起调用者自身。
注意：挂起不同于删除，任务控制块和栈内存不会被释放，只是任务状态变为Suspended，挂起期间保留所有资源，可以被唤醒

void vTaskSuspend( TaskHandle_t xTaskToSuspend ) { TCB_t * pxTCB; taskENTER_CRITICAL(); //程序进入临界段 { /* If null is passed in here then it is the running task that is * being suspended. */ /* 若传入 NULL，返回当前任务（即自挂起），反之返回该任务 */ pxTCB = prvGetTCBFromHandle( xTaskToSuspend ); traceTASK_SUSPEND( pxTCB ); //跟踪宏，用户可自定义用于参数检查，默认未实现 /* Remove task from the ready/delayed list and place in the * suspended list. */ /* 将该任务从就绪/延迟任务列表中删除 */ /* 注意：挂起任务会自动移除任何当前的阻塞延时（即延时状态被取消，但任务不会重新就绪，而是直接挂起） */ if( uxListRemove( &( pxTCB->xStateListItem ) ) == ( UBaseType_t ) 0 ) { /* 返回0表示移除元素后该优先级链表变空，因此需要复位优先级位 */ taskRESET_READY_PRIORITY( pxTCB->uxPriority ); //清除就绪位图中该优先级位，以便调度器知道该优先级不再有就绪任务 } else { mtCOVERAGE_TEST_MARKER(); //用于代码覆盖率测试的宏，此处等价于一个空语句 } /* 处理事件等待列表 如果任务正阻塞在事件上（容器非空），则将其从该事件列表中移除；否则不做处理 */ /* 如果任务正阻塞在某个事件（如队列、信号量、事件组）上，将它从该事件的等待列表中移除。 * 一旦挂起，任务不再等待任何事件，必须脱离等待队列，否则该事件对象可能保留无效的等待项，导致后续出错 */ /* Is the task waiting on an event also? */ if( listLIST_ITEM_CONTAINER( &( pxTCB->xEventListItem ) ) != NULL ) { ( void ) uxListRemove( &( pxTCB->xEventListItem ) ); } else { mtCOVERAGE_TEST_MARKER(); //用于代码覆盖率测试的宏，此处等价于一个空语句 } /* 将任务的状态列表项插入全局挂起列表 xSuspendedTaskList 的末尾 * 插入末尾而非按优先级排序，因为挂起任务不参与调度，排序无意义，仅用作收纳 */ vListInsertEnd( &xSuspendedTaskList, &( pxTCB->xStateListItem ) ); /* 如果启用了任务通知功能，每个任务有 configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES 个通知状态 */ #if ( configUSE_TASK_NOTIFICATIONS == 1 ) { BaseType_t x; for( x = 0; x < configTASK_NOTIFICATION_ARRAY_ENTRIES; x++ ) { /* 如果某通知状态为 taskWAITING_NOTIFICATION（即任务正等待一个通知而阻塞），由于任务将挂起，还没有收到通知， * 此处直接将状态改为 taskNOT_WAITING_NOTIFICATION，表示不再等待 */ if( pxTCB->ucNotifyState[ x ] == taskWAITING_NOTIFICATION ) { /* The task was blocked to wait for a notification, but is * now suspended, so no notification was received. */ pxTCB->ucNotifyState[ x ] = taskNOT_WAITING_NOTIFICATION; } } } #endif /* if ( configUSE_TASK_NOTIFICATIONS == 1 ) */ } taskEXIT_CRITICAL(); //程序退出临界段 /* 如果调度器处于运行状态，则重新计算下一次任务解除阻塞的时间【临界段中运行，防止状态中途改变】 */ if( xSchedulerRunning != pdFALSE ) { /* Reset the next expected unblock time in case it referred to the * task that is now in the Suspended state. */ taskENTER_CRITICAL(); //程序进入临界段 { prvResetNextTaskUnblockTime(); //刷新下一个任务的阻塞时间 } taskEXIT_CRITICAL(); //程序退出临界段 } else { mtCOVERAGE_TEST_MARKER(); //用于代码覆盖率测试的宏，此处等价于一个空语句 } /* 如果挂起的是当前任务，进行任务切换处理 */ if( pxTCB == pxCurrentTCB ) { /* 任务调度器处于运行状态，触发 PendSV 异常，执行上下文切换到其他就绪任务 */ if( xSchedulerRunning != pdFALSE ) { /* The current task has just been suspended. */ configASSERT( uxSchedulerSuspended == 0 ); portYIELD_WITHIN_API(); } else //调度器未运行 { /* The scheduler is not running, but the task that was pointed * to by pxCurrentTCB has just been suspended and pxCurrentTCB * must be adjusted to point to a different task. */ /* 如果挂起任务列表的长度等于系统中任务总数，说明所有任务都已被挂起，没有就绪任务了。 * 这时设置 pxCurrentTCB = NULL，表示当前没有可运行的任务。等到将来有新任务创建或某个任务被恢复时，调度器会再次指定当前任务 */ if( listCURRENT_LIST_LENGTH( &xSuspendedTaskList ) == uxCurrentNumberOfTasks ) /*lint !e931 Right has no side effect, just volatile. */ { /* No other tasks are ready, so set pxCurrentTCB back to * NULL so when the next task is created pxCurrentTCB will * be set to point to it no matter what its relative priority * is. */ pxCurrentTCB = NULL; } /* 否则：系统中还有其他任务不在挂起列表中（即仍处于就绪或阻塞态），调用 vTaskSwitchContext() * 选择一个新的最高优先级任务作为 pxCurrentTCB。这发生在调度器未启动时，所以直接进行软件切换而不是 pendSV。 */ else { vTaskSwitchContext(); } } } else { mtCOVERAGE_TEST_MARKER(); //用于代码覆盖率测试的宏，此处等价于一个空语句 } }

2.任务恢复

2.1 流程图

参数校验：断言参数非空，并确保不是当前任务（当前任务不可能被挂起后由自身恢复）。
挂起状态检查：进入临界区后，调用prvTaskIsTaskSuspended确认任务确实处于挂起态，防止误操作。
恢复操作：将任务的状态列表项从xSuspendedTaskList移除，并调用prvAddTaskToReadyList将其放入对应优先级的就绪链表。
调度判断：若恢复的任务优先级高于或等于当前任务，调用taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION；抢占式调度下会立即请求上下文切换，合作式调度下则忽略。
退出临界区：恢复完毕。

2.2 源码解析

功能：将一个先前被挂起的任务恢复为就绪状态，使其重新参与调度。
参数：xTaskToResume为要恢复的任务句柄。
关键约束：不能是NULL，也不能是当前正在执行的任务（因为当前任务不可能是挂起状态）

void vTaskResume( TaskHandle_t xTaskToResume ) { TCB_t * const pxTCB = xTaskToResume; /* It does not make sense to resume the calling task. */ /* 断言确保参数不为 NULL */ configASSERT( xTaskToResume ); /* The parameter cannot be NULL as it is impossible to resume the * currently executing task. */ /* 只有在恢复非当前任务且非空时才执行实际操作 */ if( ( pxTCB != pxCurrentTCB ) && ( pxTCB != NULL ) ) { taskENTER_CRITICAL(); //程序进入临界段 { /* 只有确实被挂起的任务才需要恢复。如果任务处于就绪、阻塞、运行或删除状态，这个检查会失败，直接跳过 */ if( prvTaskIsTaskSuspended( pxTCB ) != pdFALSE ) { traceTASK_RESUME( pxTCB ); //调试宏，需要用户自己实现 /* The ready list can be accessed even if the scheduler is * suspended because this is inside a critical section. */ /* 将任务的状态列表项从 xSuspendedTaskList 中摘除 */ ( void ) uxListRemove( &( pxTCB->xStateListItem ) ); /* /* 将任务加入就绪队列：尾插到对应优先级链表，并置位就绪位图 */ */ prvAddTaskToReadyList( pxTCB ); /* A higher priority task may have just been resumed. */ /* 如果刚恢复的任务优先级大于或等于当前任务的优先级，就需要进行一次调度判断 */ if( pxTCB->uxPriority >= pxCurrentTCB->uxPriority ) { /* This yield may not cause the task just resumed to run, * but will leave the lists in the correct state for the * next yield. */ /* 在抢占式调度（configUSE_PREEMPTION == 1）时，等于 portYIELD()，立即触发 PendSV 进行上下文切换。 * 在合作式调度时，是空宏，不强制切换，等待当前任务主动让出 CPU。 */ taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION(); } else { mtCOVERAGE_TEST_MARKER(); //代码覆盖率测试，实际为空语句 } } else { mtCOVERAGE_TEST_MARKER(); //代码覆盖率测试，实际为空语句 } } taskEXIT_CRITICAL(); //程序退出临界段 } else { mtCOVERAGE_TEST_MARKER(); //代码覆盖率测试，实际为空语句 } }

3.就绪位图

3.1 定义

就绪位图是 FreeRTOS 多优先级调度的“索引”：

一个整数（通常 UBaseType_t，32 位），每一位代表一个优先级是否有任务就绪。
bit0 → 优先级 0，bit1 → 优先级 1，…，bit31 → 优先级 31。
如果某优先级有就绪任务，对应位置 1；该优先级就绪列表为空，则对应位清 0

3.2 核心作用

调度器利用硬件前导零计数指令（__clz）在 O(1) 时间内找到最高就绪优先级，从而快速选出下一个运行任务，延迟恒定

3.3 如果优先级数量超过32个怎么办？

你的定义基于32 位整数，隐含了configMAX_PRIORITIES ≤ 32。
如果配置的优先级数超过 32，FreeRTOS 会自动使用多个 32 位字组成就绪位图数组，例如：

#define portPRIORITY_GROUPS ( ( configMAX_PRIORITIES + 31 ) / 32 ) static UBaseType_t uxReadyPriorities[ portPRIORITY_GROUPS ];

4.声明

（2）文中代码来自FreeRTOS，遵循MIT许可证，许可证可参考：https://opensource.org/licenses/MIT

/* * FreeRTOS Kernel V10.5.1 * Copyright (C) 2021 Amazon.com, Inc. or its affiliates. All Rights Reserved. * * SPDX-License-Identifier: MIT * * Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy of * this software and associated documentation files (the "Software"), to deal in * the Software without restriction, including without limitation the rights to * use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell copies of * the Software, and to permit persons to whom the Software is furnished to do so, * subject to the following conditions: * * The above copyright notice and this permission notice shall be included in all * copies or substantial portions of the Software. * * THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR * IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, FITNESS * FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR * COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER * IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN * CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE. * * https://www.FreeRTOS.org * https://github.com/FreeRTOS * */

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