FreeRTOS学习之路，以STM32F103C8T6为实验MCU（2-3：任务切换）

学习之路主要为FreeRTOS操作系统在STM32F103（STM32F103C8T6）上的运用，采用的是标准库编程的方式，使用的IDE为KEIL5。

注意！！！本学习之路可以通过购买STM32最小系统板以及部分配件的方式进行学习，也可以通过Proteus仿真的方式进行学习。

后续文章会同时发表在个人博客(jason1016.club)、CSDN；

视频会发布在bilibili(UID:399951374)

RTOS 系统的核心是任务管理，而任务管理的核心是任务切换，任务切换决定了任务的执行顺序，任务切换效率的高低也决定了一款系统的性能

一、什么时候执行任务切换（啥时候切换）

可以执行一个系统调用

执行系统调用就是执行 FreeRTOS 系统提供的相关 API 函数，比如任务切换函数 taskYIELD()，FreeRTOS 有些 API 函数也会调用函数 taskYIELD()，这些 API 函数都会导致任务切换，这些 API 函数和任务切换函数 taskYIELD()都统称为系统调用。

系统滴答定时器(SysTick)中断

FreeRTOS 中滴答定时器(SysTick)中断服务函数中也会进行任务切换

例：vTaskDelay()

二、任务切换函数PendSV（怎么切换）

PendSV函数原理（优势）

将 PendSV 设置为最低的异常优先级，可以让 PendSV 异常处理在所有其他中断处理完成后执行，这对于上下文切换非常有用，也是各种 OS 设计中的关键。

因此，用PendSV作为任务切换函数的话，就把任务切换事件放在系统执行的最底层了，避免了任务切换会打断正在运行的中断事件这个问题

PendSV 异常将上下文切换请求延迟到所有其他 IRQ 处理都已经完成后，此时需要将 PendSV 设置为最低优先级。若 OS 需要执行上下文切换，他会设置 PendSV 的挂起壮态，并在 PendSV 异常内执行上下文切换

PendSV使用时机和方法（该切换时怎么切换）

1. 在接收到上述系统调用的时候，通过SVC（中断控制和壮态寄存器 ICSR）挂起PendSV，最后在空闲状态执行PendSV中执行任务切换操作
2. 在接收到Systick中断后，由SVC（Systick）挂起PendSV，最后在空闲状态执行PendSV中执行任务切换操作

三、查找下一个要运行的任务（切换成什么？切换成某一优先级的任务列表）

通用方法

任务添加时会根据优先级大小赋值给就绪任务列表数组（ pxReadyTasksLists[]），一个优先级一个列表，同优先级的就绪任务都挂到相对应的列表中。uxTopReadyPriority 代表处于就绪态的最高优先级值，系统按就绪态的最高优先级的高到低遍历，再依次执行对应的任务级列别，而针对同一优先级列表内的任务，则会按照次序依次执行。

硬件方法

硬件方法就是使用处理器自带的硬件指令来实现，原理与上述方法相似，不同点在于：使用硬件方法的时候 uxTopReadyPriority 就不代表处于就绪态的最高优先级了，而是使用每个 bit 代表一个优先级，bit0 代表优先级 0，bit31 就代表优先级 31，当某个优先级有就绪任务的话就将其对应的 bit 置 1。

四、时间片调度（同一优先级任务列表的任务切换）

这里提出一个问题，当有两个一样重要（优先级相等）的任务需要我们去执行的话，我们应该怎么处理？大家都知道即使移植了freertos的单片机同一时间也只能执行一个任务，当面对有个多个同等优先级的任务的情况，freertos给出的答案是时间片调度执行。

在 FreeRTOS 中允许一个任务运行一个时间片(一个时钟节拍的长度)后让出 CPU 的使用权，让拥有同优先级的下一个任务运行，FreeRTOS 中的这种调度方法就是时间片调度

这样的调度方式就好比我们平时看到的风扇叶面，一个页面代表一个同等优先级的任务，当我们执行得慢的时候，我们还能分清具体是那个叶面，而等风扇快速转动起来后我就分不清叶面的类型甚至页面的个数了。单片机同样如此当单片机以几十几百HZ运行，并且将时间片稀释得非常少的时候，我们就分不清他具体在执行什么任务了，乃至于我们会出现“单片机这几个任务是同时执行的错觉”，这也是为什么风扇转起来就像个圆的。这就是FreeRTOS处理多（同优先级）任务的方法。