rtos如何切换任务(freertos任务切换的依据)

FreeRTOS记录(〖Three〗
、RTOS任务调度原理解析_Systick、PendSV 、SVC)_百度...

〖壹〗
、用户可主动触发PendSV ，实现任务切换。SVC仅在FreeRTOS中使用一次，用于第一次启动任务调度器 。M0内核不使用SVC
，M4内核在上电时触发SVC启动第一个任务。Systick优先级分析 Systick作为中断，优先级设定至关重要
。一般应设为最低 ，以避免中断优先级冲突。

〖贰〗、SVC（系统服务调用）和PendSV（可悬起系统调用）是RTOS中的关键概念 。SVC用于产生系统函数调用请求
，而PendSV则用于缓期执行异常，直到其他重要任务完成后才执行
。通过设置PendSV为最低优先级异常 ，可以解决中断IRQ打断systick中断时的上下文切换问题。

〖叁〗 、正点原子FreeRTOS中的任务调度是一个关键步骤
，它确保了任务的有序执行 。首先，通过调用vTaskStartScheduler（）函数启动调度器 ，此过程包括创建空闲任务
、配置定时器、关闭中断 、初始化全局变量和定时器
，然后调用xPortStartScheduler（）进行硬件配置和启动第一个任务A
。

〖肆〗
、深入FreeRTOS任务源码分析，理解任务状态与任务控制块（TCB）是关键。每个任务都有运行态、挂起态 、阻塞态和就绪态四种状态 ，这些状态由高效的数据结构双向链表存储管理 。任务控制块包含状态列表与事件列表
，分别负责任务状态与事件（如信号量
、消息队列、软件定时器）的管理
。

〖伍〗 、FreeRTOS的核心技术之一是任务调度机制，它在可剥夺内核中通过优先级调度 ，高优先级任务一旦就绪即能抢占低优先级任务的CPU资源，提升了系统的实时响应能力。与μC/OS-II不同
，FreeRTOS不限制任务数量，并支持优先级和轮转调度 。

【连载】从单片机到操作系统⑥——FreeRTOS任务切换机制详解

FreeRTOS的任务切换机制是确保处于比较高优先级的运行态任务持续执行 ，同时让就绪态的任务获得CPU使用权
，从而使其从就绪态变为运行态
。这样可以保证整个系统的实时性和响应性，避免程序卡死。为了实现任务切换 ，我们需要了解任务切换的机制 。在不同的CPU（MCU）中
，触发的方式可能有所不同。

任务切换步骤包括：进入中断、保存上个任务现场
、找到要切换的任务、恢复下个任务现场 、将新任务栈顶指针赋值给PSP，最后退出中断
。任务堆栈出栈时 ，系统自动恢复R0~R3
，R12，LR ，PC
，xPSR等值，完成程序切换。创建任务xTaskCreate：首先为新任务分配内存堆栈 ，任务控制块TCB包含两个堆栈指针 。

FreeRTOS，一个专为小型嵌入式系统设计的迷你操作系统内核
，它的存在旨在提供基础的系统功能
。它的核心特性包括任务管理
、精准的时间管理、信号量机制 、消息队列服务以及内存和记录功能，这些使得它在资源有限的小型系统中展现出强大的适应性。

嵌入式系统中的RTOS如何实现任务的实时调度?

实时操作系统的工作状态任务状态包括运行
、就绪、挂起和冬眠 ，每个状态代表了任务的不同处理阶段 。系统通过时间片调度
，确保每个任务按优先级获得CPU访问权
。总的来说，嵌入式系统由处理器 、RTOS
、多任务管理等元素组成 ，它们共同决定了系统在实时性、效率和任务管理方面的性能。

总之
，实时调度技术在实时系统中起着至关重要的作用，通过抢占式和非抢占式调度 、静态表驱动和优先级驱动策略 ，以及静态优先级和动态优先级调度
，确保任务能够高效执行，满足实时性和预测性要求 。

实时操作系统（RTOS）在嵌入式系统领域的关键作用在于其“实时性 ” ，确保系统在规定时间内准确
、可靠地完成任务
。理解RTOS的工作原理是嵌入式开发者不可或缺的知识。RTOS的核心概念包括任务管理、调度策略 、中断处理和同步机制 。

FreeRTOS的任务调度通过链表数组xReadyTasksLists实现
，当任务需要进入就绪态，需将TCB的xGenericListItem插入相应优先级的链表
。调度首先按优先级从高到低寻找不为空的链表 ，优先级高的任务优先执行。当多个高优先级任务存在时，会采用轮转调度算法 。

在`main（）`函数中
，启动RTOS调度器。总结，本文介绍了基于STM32L4系列微控制器的实时操作系统设计与实现
。通过简单的任务调度算法 ，实现了一个基础RTOS系统。读者可扩展和优化此系统
，以适应更复杂嵌入式应用 。请注意，代码示例仅用于演示 ，实际RTOS实现可能需要更多细节和优化
。

调度是操作系统的重要功能
，确保多任务多线程应用能够高效利用硬件资源。NuttX作为实时操作系统，除了具备OS的功能 ，还需保证实时性
，这依赖于中断和任务可抢占 。 任务与线程 在RTOS中，任务与线程是两个重要概念
。

RTOS任务切换过程中堆栈的使用情况

CM3堆栈分为MSP和PSP ，通过CONTROL[1]控制使用
，这防止用户程序堆栈错误影响操作系统。处理器模式分为线程与异常处理器，复位后默认线程模式+特权级运行 ，特权级代码可切换至用户级，但异常后必须通过异常处理器返回特权级 。在RTOS系统中
，任务切换使用PendSV异常，通常设置为最低优先级
。

FreeRTOS中 ，通过在FreeRTOSConfig.h文件中定义configCHECK_FOR_STACK_OVERFLOW宏来开启堆栈溢出检测。检测在任务切换时自动执行
，检测方法分为向下生长的栈和向上生长的栈两种 。对于向下生长的栈，检测栈起始的16个字节是否被修改过；对于向上生长的栈 ，检测栈末尾的20个字节数据是否被修改过
。

任务切换步骤包括：进入中断、保存上个任务现场
、找到要切换的任务、恢复下个任务现场 、将新任务栈顶指针赋值给PSP
，最后退出中断。任务堆栈出栈时，系统自动恢复R0~R3 ，R12
，LR，PC ，xPSR等值
，完成程序切换 。创建任务xTaskCreate：首先为新任务分配内存堆栈，任务控制块TCB包含两个堆栈指针。

首先 ，需要设置堆栈指针，一般使用一个动态内存分配器
，例如RTOS自带的Heap分配器
。然后，通过freertos_init_stack（）函数对堆栈进行初始化。在这个过程中 ，我们需要设定堆栈大小和指针
，并确保堆栈指针指向的内存区域足够大，以容纳所有任务所需的堆栈空间 。

比如任务在执行的过程中发送过栈溢出
。任务切换前 * 栈指针又恢复到了正常水平 ，这种情况在任务切换的时候是检测不到的。又比如任务栈溢出后
，把 * 这部分栈区的数据修改了，这部分栈区的数据不重要或者暂时没有用到还好 ，如果是重要数据被修 * 改将直接导致系统进入硬件异常 。

正点原子FreeRTOS——任务调度

〖壹〗
、正点原子FreeRTOS中的任务调度是一个关键步骤
，它确保了任务的有序执行
。首先，通过调用vTaskStartScheduler（）函数启动调度器 ，此过程包括创建空闲任务、配置定时器 、关闭中断
、初始化全局变量和定时器
，然后调用xPortStartScheduler（）进行硬件配置和启动第一个任务A。

〖贰〗、prvStartFirstTask（）函数初始化启动第一个任务的环境，重设MSP指针 ，并开启全局中断 。MSP指针管理程序运行时的栈空间，FreeRTOS中使用MSP用于中断
，而PSP用于非中断状态
。vPortSVCHandler（）在全局中断被使能并触发SVC中断后，执行中断服务函数。注意 ，SVC中断在启动第一个任务后仅调用一次 。

〖叁〗 、FreeRTOS内存管理算法 正点原子的例程中
，均使用heap_4内存管理算法
。heap_1算法只实现了pvPortMalloc，没有实现vPortFree ，只能申请内存
，无法释放内存。如果工程中创建的任务
、队列、信号量等无需删除，可以使用heap_1算法 。

〖肆〗 、队列是任务之间数据交流的机制 ，允许存储固定数量的数据。每个数据称为队列项目
，队列容量称为队列长度
。创建队列时，需指定长度和项目大小。FreeRTOS队列具有三种等待模式 ，无等待
、限时等待与死等待 。入队与出队操作有阻塞与非阻塞之分
。队列结构体包含队列长度、项目大小与队列项目数组
，实现数据存储。

〖伍〗 、队列集实验 实验目标是学习FreeRTOS队列集API的使用 。实验流程包含以下步骤：首先，创建其他任务并建立队列集、队列或信号量 ，并将它们添加到队列集中
。然后，设置任务`task1`进行按键扫描
，当KEY0被按下时往队列中写入数据，同时按下KEY1时释放二值信号量。