FreeRTOS任务切换

一、PendSV 异常

PendSV（Pended Service Call，可挂起服务调用），PendSV的中断优先级是可以编程的，用户可以根据实际的需求，对其进行配置。PendSV 与 SVC 不同，PendSV 的中断是非实时的，即 PendSV 的中断可以在更高优先级的中断中触发，但是在更高优先级中断结束后才执行。

任务切换概念：在典型的 RTOS 中，任务的处理时间被分为多个时间片，OS 内核的执行可以有两种触发方式，一种是通过在应用任务中通过 SVC 指令触发，例如在应用任务在等待某个时间发生而需要停止的时候，那么就可以通过 SVC 指令来触发 OS内核的执行，以切换到其他任务；第二种方式是，SysTick 周期性的中断，来触发 OS 内核的执行。

二、PendSV 中断服务函数

????????FreeRTOS 在 PendSV 的中断中，完成任务切换，PendSV 的中断服务函数由 FreeRTOS 编
写，将 PendSV 的中断服务函数定义成函数 xPortPendSVHandler()。

? ? ? ? 针 对 ARM Cortex-M3 和 针 对 ARM Cortex-M4 和 ARM Cortex-M7 内 核 的 函 数xPortPendSVHandler()稍有不同，其主要原因在于 ARM Cortex-M4 和 ARM Cortex-M7 内核具有
浮点单元，因此在进行任务切换的时候，还需考虑是否保护和恢复浮点寄存器的值

任务切换的大概内容：（1）保存上文。（2）恢复下文。

具体流程如下：

1. 触发任务切换异常（PendSV中断)后，硬件自动使用PSP堆栈指针将寄存器xPSR、PC、LR、R12、R3-R0压入任务对战
2. 进入异常后，CPU使用MSP。
3. 寄存器R11-R4，通过软件使用PSP压栈。
4. 进入临界区。
5. 调用vTaskSwitchContext()函数找出下一个要执行的任务更新到pxCurrentTCB。
6. 退出临界。
7. 通过pxCurrentTCB获取到新的任务栈顶。
8. 使用新的任务栈顶指针出栈R11-R4。
9. 更新当前任务栈顶指针到PSP。
10. 退出异常，硬件使用PSP出栈xPSR、PC、LR、R12、R3-R0。
11. 进入新的任务了。

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三、FreeRTOS 确定下一个要运行的任务

在 PendSV 的中断服务函数中，调用了函数 vTaskSwitchContext()来确定写一个要运行的任务。

四、PendSV 异常何时触发

调用函数 portYIELD()

#define portYIELD() \
{  \
/* 设置中断控制状态寄存器，以触发 PendSV 异常 */  \
portNVIC_INT_CTRL_REG = portNVIC_PENDSVSET_BIT; \
\
__dsb( portSY_FULL_READ_WRITE );  \
__isb( portSY_FULL_READ_WRITE );  \
}

五、溢出检查

任务切换时会对任务栈进行检查，是否溢出。taskCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW();

有两种方案可检查栈溢出，可同时使用：（以堆栈向下生长为例）

1. 方案1：检查任务栈顶指针。如果任务上文压栈后，任务栈顶pxCurrentTCB->pxTopOfStack比栈起始pxCurrentTCB->pxStack还小，说明已经栈溢出了。

2. 方案2：栈起始内容检查。初始化时，把任务栈其实pxCurrentTCB->pxStack一部分栈内存初始化为特定的值。在每次任务切换时，检查下这几个值是否为原有值，如果不是，说明被踩栈了；如果不是，可初步判断任务栈安全（不能绝对判断当前任务栈安全）