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前言

先讲讲RTOS。

RTOS有两种大类型，分别是事件触发系统和时间触发系统。

事件触发系统由中断驱动，通常采用中断线程化等技术，适用于响应速度要求高的场景，例如传感器数据采集，但是当大量事情一次性发生时，计算机会面临大问题。

（一般的中断是CPU放下一切全力去做一件事情，中断线程化就是把事情放线程里，等中断触发这个线程，然后让这个线程跟其他线程并行执行）

时间触发系统的任务调度基于定时器中断，适用于周期性任务和确定性要求高的场景，如控制系统。它的内部有一个时钟，每隔一定时间间隔就会触发一次时间中断，每次时钟中断时，调度器决定是否需要切换任务。

不过现在的RTOS往往会结合这两种类型，比如FreeRTOS就属于时间触发系统和时间触发系统的结合。

在第十节的最后，我们得到了这些架构图，这就是Sparrow的蓝图：

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sparrow的运行

现在让我们来看看Sparrow的设计，因为它并不是一个完整的RTOS内核，现在还是时间触发系统的部分占主要成分：

当Sparrow运行起来后，调度器负责选择并且切换任务，结合笔者前面的arm架构的文章可知：

1.调度器的组成有SVC、Systick、PendSV三个中断，它们都属于arm cortex m3架构的硬件资源。

2.SVC：负责当MCU复位后启动第一个任务，此时属于特权级线程模式，确保os的启动成功。

  1. Systick: 定时触发，触发Systick中断，Systick中断会根据当前时钟检查是否需要把某些任务加入就绪列表，在那之后，会触发PendSV中断。
  2. PendSV中断：保存当前任务状态，然后选择最高优先级的任务进行切换。它是整个调度器的精髓所在。

任务对象

我们得到的任务对象的蓝图如下，对于arm架构和rtos架构大家可能有点陌生，所以笔者啰嗦一点，任务对象让我们直接开始写代码，在代码中结合框图理解：

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Sparrow是动态创建任务，对于任务栈和任务控制块（TCB_t），我们都要分配内存。xTaskCreat是用户与RTOS的接口，我们可以得到TCB_t的各项参数并赋值，现在还没有就绪列表，所以笔者注释了几行代码。

(usStackDepth - (uint32_t)1)是为了获取栈顶的地址，我们分配内存会得到内存的第一个地址，所以加上栈的大小后要减1才是栈顶。举例：申请500，起始地址为1，那就是1–500这部分空间，1+500 -1得到的值才是500这个栈顶。

& (~…是字节对齐。

xTaskCreat完成了：

1.获得用户设置的参数，例如优先级，栈的大小等等，然后初始化任务控制块。

2.为任务栈和任务控制块开辟内存

3.初始化任务栈，获得任务栈的栈顶参数

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void xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode,
                  const uint16_t usStackDepth,
                  void * const pvParameters,//it can be used to debug
                  uint32_t uxPriority,
                  TaskHandle_t * const self )
{
    uint32_t *topStack =NULL;
    TCB_t *NewTcb = (TCB_t *)heap_malloc(sizeof(TCB_t *));
    *self = ( TCB_t *) NewTcb;
    //TcbTaskTable[uxPriority] = NewTcb;
    NewTcb->uxPriority = uxPriority;
    NewTcb->pxStack = ( uint32_t *) heap_malloc( ( ( ( size_t ) usStackDepth ) * sizeof( uint32_t * ) ) );
    topStack =  NewTcb->pxStack + (usStackDepth - (uint32_t)1) ;
    topStack = ( uint32_t *) (((uint32_t)topStack) & (~((uint32_t) aligment_byte)));
    NewTcb->pxTopOfStack = pxPortInitialiseStack(topStack,pxTaskCode,pvParameters,self);

    pxCurrentTCB = NewTcb;
    //ReadyBitTable |= (1 << uxPriority);
}

pxPortInitialiseStack函数负责初始化任务栈，任务栈是保存寄存器的地方，让我们先看看arm cm3手册：

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笔者在stack_register结构体中已经添加了这些寄存器，让我们边写代码，边听笔者慢慢讲解：：

在32位架构下，一个指针大小为一个字，即32位，一个寄存器大小也为一个字。

pxTopOfStack-=16，因为一开始它是指向栈顶的，这是为了容纳stack_register结构体，把这个地址赋值给stack_register结构体，现在结构体的起始地址就是结构体中的第一个寄存器。

然后设置xPSR寄存器：xPSR的24位被置1，表示这是Thumb指令状态，实际上cm3架构只支持Thumb指令状态。

设置PC寄存器：pxCode是任务函数的地址，在arm架构中，分为arm指令集状态和Thumb指令集状态，你可以使用这两种指令集，区别是，Thumb指令集寄存器最低位是0，cm3下都是Thumb指令集，所以，为了预防未定义问题，必须把任务的地址最低位进行清0。

设置LR寄存器：LR寄存器是用于存储任务调用返回地址的专用寄存器，当一个函数被调用时，返回地址会被保存到 LR 寄存器中，以便在函数执行完毕后能够正确返回到调用该函数的下一条指令。但是，rtos中通常任务是不会返回的，所以这里的pvParameters其实是一个笔者用来调试的参数，观察栈有没有被破坏。读者可以把它改成自己的调试函数的地址。

设置r0：self也是一个笔者用来调试的参数，当任务执行后，r0的值会被马上更改，主要是用来判断任务栈是否创建成功。

(*self)->self_stack = Stack：设置任务对象的栈对象，这一操作是为了方便调试时找到一个线程的栈地址。

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uint32_t * pxPortInitialiseStack( uint32_t * pxTopOfStack,
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                                  void * pvParameters ,
                                  TaskHandle_t * const self)
{
    pxTopOfStack -= 16;
    Stack_register *Stack = (Stack_register *)pxTopOfStack;

    Stack->xPSR = 0x01000000UL;
    Stack->PC = ( ( uint32_t ) pxCode ) & ( ( uint32_t ) 0xfffffffeUL );
    Stack->LR = ( uint32_t ) pvParameters;
    Stack->r0 = ( uint32_t ) self;
    (*self)->self_stack = Stack;

    return pxTopOfStack;
}

总结

笔者先给出Sparrow的框图，根据框图一步步完成了任务的创建以及初始化部分。任务对象的创建已经完成了，下一节笔者将会带领大家完成调度器对象的创建，同时使用SVC中断启动第一个任务！