skaiuijing

前言

调度器是整个RTOS的核心，在前面我们得到了调度器对象的框架图，并且简单介绍了调度器的原理。

在本节中，我们将会初始化调度器并且启动第一个任务。

本节内容需要一定的arm架构功底才能完全看懂，但是ARM架构只是RTOS这片大海中微不足道的一小滴海水，也不存在所谓的必须懂ARM架构才能懂RTOS的说法！陷入微小的细节中是没有必要的！读者如果没接触过arm架构，不需要细究，把握RTOS的宏观思想才是最重要的！

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graph LR
Aa(调度器)-->Ab(初始化)-->Ae(启动)
Ae-->Ac(切换任务)
Ac-->Ba(保存任务状态)
Ac-->Bo(选择优先级最高的任务)
Ac-->Bb(切换到下一个任务)


调度器初始化

调度器的初始化比较简单，我们创建了第一个任务leisureTask，并且把它的各项参数传入任务创建函数中，创建对应的任务控制块与任务栈。由于现在还没有引入多优先级，因此注释掉TicksTableInit()函数。

第一个任务的内容是让单片机上的灯不断闪烁。

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void EnterSleepMode(void)
{
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
    HAL_Delay(500);
    HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
    HAL_Delay(500);
}


//Task handle can be hide, but in order to debug, it must be created manually by the user
TaskHandle_t leisureTcb = NULL;

void leisureTask( )
{//leisureTask content can be manually modified as needed
    while (1) {
        EnterSleepMode();
    }
}

void SchedulerInit( void )
{
    //TicksTableInit();现在还没有引入多优先级
    xTaskCreate(    leisureTask,
                    128,
                    NULL,
                    0,
                    &leisureTcb
    );
}

调度器启动

调度器启动时，会找到向量表，然后触发SVC中断开启第一个任务。

ldr这三行代码的作用是–找到主栈的栈顶指针，svc下是特权模式运行，所以使用msp作为堆栈指针。然后将栈顶指针的值存储到msp，现在msp就指向栈顶指针了，之后的四行代码就是开启全局中断和异常，然后开启svc中断响应。

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void __attribute__( ( always_inline ) ) SchedulerStart( void )
{

    /* Start the first task. */
    __asm volatile (
            " ldr r0, =0xE000ED08 	\n"/* Use the NVIC offset register to locate the stack. */
            " ldr r0, [r0] 			\n"
            " ldr r0, [r0] 			\n"
            " msr msp, r0			\n"/* Set the msp back to the start of the stack. */
            " cpsie i				\n"/* Globally enable interrupts. */
            " cpsie f				\n"
            " dsb					\n"
            " isb					\n"
            " svc 0					\n"/* System call to start first task. */
            " nop					\n"
            " .ltorg				\n"
            );
}

关于它是如何找到栈顶指针的，可以参考下图，arm手册上讲得非常好：

bea8a5cc452a4a13b6c2f2d1c5562cec.png

简单来说就是，先找到向量表偏移量寄存器，再找到向量表，向量表记录了msp的初始值：

4580158378ca490c85885ea6611b2840.png

开启第一个任务

采用封装的思想看待SVC调用，其实就是它把任务栈中的内容加载到了CPU的寄存器里面。

首先看代码：

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#define vPortSVCHandler SVC_Handler

void __attribute__( ( naked ) )  vPortSVCHandler( void )
{
    __asm volatile (
            "	ldr	r3, pxCurrentTCBConst2		\n"
            "	ldr r1, [r3]					\n"
            "	ldr r0, [r1]					\n"
            "	ldmia r0!, {r4-r11}				\n"
            "	msr psp, r0						\n"
            "	isb								\n"
            "	mov r0, #0 						\n"
            "	msr	basepri, r0					\n"
            "	orr r14, #0xd					\n"
            "	bx r14							\n"
            "									\n"
            "	.align 4						\n"
            "pxCurrentTCBConst2: .word pxCurrentTCB				\n"
            );
}

这里就是把任务栈中的内容加载到CPU，还记得任务栈中的内容吗？先看看任务栈的结构体笔者再解释代码：

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Class(Stack_register)
{
    //automatic stacking
    uint32_t r4;
    uint32_t r5;
    uint32_t r6;
    uint32_t r7;
    uint32_t r8;
    uint32_t r9;
    uint32_t r10;
    uint32_t r11;
    //manual stacking
    uint32_t r0;
    uint32_t r1;
    uint32_t r2;
    uint32_t r3;
    uint32_t r12;
    uint32_t LR;
    uint32_t PC;
    uint32_t xPSR;
};

前面的代码的含义就是：先令r3寄存器的值为pxCurrentTCB的地址，再把这个地址指向的内容给r1，现在r1存储的就是指针，我们知道指针就是地址，再把这个指针的值给r0，那么r0就会找到任务控制块。

pxCurrentTCB的作用是指向当前运行的任务或即将运行的任务的控制块（TCB）。前面三行代码的作用是获取pxCurrentTCB指向的任务栈，因为TCB的第一个成员就是栈顶指针。

从r0这个内存地址开始，把栈中往上九个地址的内容依次加载到CPU的寄存器r4-r11和r14，然后r0自增（加载后r0寄存器刚好表示这个栈里面的r0位置），执行任务时将会使用psp，于是我们更新psp这个栈指针。

然后清零r0寄存器，然后设置basepri寄存器为0，就是打开所有中断，basepri寄存器是一个用来控制屏蔽中断的寄存器，我们将会在临界区学习它。

最后两行代码的作用就是返回。

关于basepri寄存器，读者可以看看这些：

img

img

实验

在写下以上代码后，我们可以尝试编译代码，下载到开发板中，我们会发现stm32f103c8t6最小系统板上的指示灯一闪一闪亮晶晶。

成功运行实验的工程，读者有需要可以自行参考：skaiui2/SKRTOS_sparrow at experiment

总结

创建了调度器对象并且使用SVC中断从任务栈中加载内容到CPU寄存器中，从而开启第一个任务。