最近在学习实时操作系统（RTOS），故将所学知识罗列出来，以供日后参考。

1.任务的本质

任务-说白点，即是一个永远不会返回的函数。

2.任务切换的本质

即是保存当前运行任务的状态，然后再恢复出下一个要运行的任务的状态。任务状态包括任务自己的栈，堆，数据区，代码区，内核寄存器的值。数据区和代码区由编译器自动分配，故不需要关心。堆目前并未使用，故也不需关心，那么唯一要关心的就是栈和内核寄存器了。而每一个任务我们都会分配给它一个栈空间用于保存自己的状态。

3.任务切换的实现

cortex-m3是通过触发pensv中断来进行任务切换的。故我们可以通过设置NVIC相关寄存器的值触发pendsv中断来进行任务切换。

那么问题来了，第一，我们如何切换进第一个要运行的任务？第二，如何实现两个任务之间的切换？

答案很简单，像是通过设置标志位一样，我们在初始化任务完成后，通过设置psp堆栈指针为0代表着这是第一次进入任务切换的中断函数（pendsv_handler），直接恢复该任务的堆栈值到相关寄存器中，等跳出中断后即进入了第一个要运行的任务；当再次进入任务切换的中断函数时，此时psp不为0，故应知当前进入中断是想要切换任务，则把当前任务的运行状态保存起来，然后再恢复下一个要运行的任务的状态即可。

具体实现代码如下：

__asm void PendSV_Handler ()
{
IMPORT  currentTask              // 使用import导入C文件中声明的全局变量
IMPORT  nextTask                 

MRS    R0, PSP                  // 获取当前任务的堆栈指针
CBZ    R0, PendSVHandler_nosave  // 判断psp是否为0，如果为0，则跳转。
STMDB  R0!, {R4-R11}            // 如果不为0，则先保存当前任务状态
LDR    R1, =currentTask         
LDR    R1, [R1]             
STR    R0, [R1]                // 重置任务栈的栈顶   

PendSVHandler_nosave  
LDR    R0, =currentTask
LDR    R1, =nextTask
LDR    R1, [R1]                
STR    R1, [R0]                  // 交换指针值

LDR    R0, [R1]                  //加载该任务的栈顶指针，用于恢复出任务状态 
LDMIA  R0!, {R4-R11}       // 恢复{R4, R11}，其余硬件自动恢复

MSR    PSP, R0                  // 最后，恢复真正的堆栈指针到PSP
ORR    LR, LR, #0x04            // 切换到PSP，使用用户级堆栈
BX     LR                        // 恢复到上次运行停止的位置
}

4 双任务时间片运行原理

可以通过定时器定时触发pendsv中断，实现任务的切换。对于cotex-m3芯片，一般使用内核定时器systick_handler

5 任务的延时原理与空闲任务

由于硬件定时器资源有限，而任务的数量可能很多，所以一般无法给每一个任务都配置一个硬件定时器。所以一般使用软件定时器，即在任务的结构中添加一个变量，表示该任务当前需要延时的周期数。代码如下：

typedef struct _task
 {
    uint32_t *stack;   // 指向任务栈的栈顶指针
    uint32_t delayTicks;   // 任务延时计数器
}Task_t;

但是这种软延时的方法有一个明显的缺陷，便是延时精度可能并不是特别准确，具体情况见下图：

另外，当所有任务都处于延时状态时，CPU应该做什么呢？正确的做法是提供一个空闲任务。

6 临界区保护

临界区指的是一个访问共享资源的程序片段；言而简之，之所以设置临界区保护，是为了防止读-改-写过程被打断，从而导致写回变量时，覆盖了打断过程对变量的改写。具体的实现方法便是关中断，其一，中断关闭后，任务不可能被中断打断，导致共享变量的改写被覆盖；其二，关闭中断后，即关闭了任务切换，所以即便是多任务共享的资源，也只能由当前任务来访问了。
唯一的问题在于当有多层嵌套临界区时，第二层的临界区的开中断操作会使前一层的临界区保护失败，故正确的解决办法是：每次关闭中断前，先保存当前中断的开关状态，退出临界区时，再恢复进入临界区时的中断状态，即可完美解决。
具体实现代码如下：

uint32_t tTaskEnterCritical (void) 
{
    uint32_t primask = __get_PRIMASK();
    __disable_irq();        // CPSID I
    return primask;
}

void tTaskExitCritical (uint32_t status)
 {
    __set_PRIMASK(status);
}

7调度锁保护

设置一个变量实现调度保护，当该值大于0时，表示有任务请求禁止调度。

8位图

位图是一组连续的标志位，每一位用于标识一种状态的有无。

9多优先级任务

RTOS维护一个就绪表，每个表项 对应一个任务，对应一种优先级，就绪表指明哪些优先级的任务等待占用CPU运行，说白了其实就是通过将相应优先级对应的位图位置1来实现。

10 任务的延时队列

将所有需要延时的任务放入延时队列中,当发生定时中断时,去扫描该延时队列,依次对队列中各任务的延时时间-1.如果有减到0的,将其从延时队列中移除.

11 同优先级时间片运行

将原先位图一个位对应一个优先级的任务改为对应一个任务队列,并在每个任务中加入自己的时间片变量,用于实现同一优先级对应的多个任务按照时间片方式进行运行.具体实现如下图:

12任务的挂起

在任务的结构中增加一个挂起计数器,仅当计数器值大于0且该任务不处在延时状态时,才对任务进行挂起,如果该任务是当前正在运行的任务,则要对任务进行切换.挂起方式很简单，就是将其从就绪队列中移除.

13任务的删除

一,将任务从其所在延时队列,就绪队列中删除.
二,释放该任务所占用的资源.
设计一种机制,当发现任务要被删除时,释放掉该任务所占用的资源,包括内存空间,硬件设备等.
删除方式1,设置任务删除回调函数,由该函数释放.
删除方式2,设置删除请求标志,由任务自己决定何时删除.