嵌入式FreeRTOS学习八，xTaskCreate创建任务的细节以及恢复中断任务实现
一.创建任务函数xTaskCreate
任务也不是很复杂的东西，任务也就是一个函数xTaskCreate。简单得说，创建一个任务，你得提供它的执行函数，你得提供它的栈的大小，函数的执行空间，函数的优先级等重要的条件。因为任务在运行中，任务函数有调用关系，有局部变量，这些都保存在任务的栈里面；任务有可能被切换，有可能被暂停，这时候CPU寄存器中断现场数据都保存在栈里面。
BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode,
const char * const pcName,
/*lint !e971 Unqualified char types are allowed for strings and single characters only. */
const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth,
void * const pvParameters,
UBaseType_t uxPriority,
TaskHandle_t * const pxCreatedTask )
参数说明：
（1）TaskFunction_t ： typedef void (*TaskFunction_t)( void * ); 函数指针
（2）const char * const pcName ： 任务名字
（3）configSTACK_DEPTH_TYPE ： #define configSTACK_DEPTH_TYPE uint16_t 是无符号的2字节数值,表示栈的深度大小，实际由malloc函数分配大小
（4）void * const pvParameters ：是要传入的参数
（5）UBaseType_t uxPriority ： typedef unsigned short UBaseType_t; 是一个无符号的整形数，表示优先级的大小，数值越大优先级越大
（6）TaskHandle_t * const pxCreatedTask ：这里面有一个TCB结构体指针,传出去的参数
TCB_t的全称为Task Control Block，也就是任务控制块，这个结构体包含了一个任务所有的信息，但是源代码中存在大量的条件配置选项，以下屏蔽掉的都是可以通过条件来配置的选项，通过条件来决定哪些定义使用或者不用，暂时不需要用到这些，对条件配置项进行屏蔽,TCB最主要的参数在上面它的定义以及相关变量的解释如下
typedef struct tskTaskControlBlock
{
// 这里栈顶指针必须位于TCB第一项是为了便于上下文切换操作，详见xPortPendSVHandler中任务切换的操作。
volatile StackType_t *pxTopOfStack;
// 表示任务状态，不同的状态会挂接在不同的状态链表下
ListItem_t xStateListItem;
// 事件链表项，会挂接到不同事件链表下
ListItem_t xEventListItem;
// 任务优先级，数值越大优先级越高
UBaseType_t uxPriority;
// 指向堆栈起始位置，这只是单纯的一个分配空间的地址，可以用来检测堆栈是否溢出
StackType_t *pxStack;
// 任务名
char pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ];
/*
//以下屏蔽掉的都是可以通过条件来配置的选项，通过条件来决定哪些定义使用或者不用，暂时不需要用到这
//些，屏蔽掉,TCB最主要的参数在上面
//#####################################################################################
// MPU相关暂时不讨论
#if ( portUSING_MPU_WRAPPERS == 1 )
xMPU_SETTINGS xMPUSettings;
#endif
// 指向栈尾，可以用来检测堆栈是否溢出
#if ( ( portSTACK_GROWTH > 0 ) || ( configRECORD_STACK_HIGH_ADDRESS == 1 ) )
StackType_t *pxEndOfStack;
#endif
// 记录临界段的嵌套层数
#if ( portCRITICAL_NESTING_IN_TCB == 1 )
UBaseType_t uxCriticalNesting;
#endif
// 跟踪调试用的变量
#if ( configUSE_TRACE_FACILITY == 1 )
UBaseType_t uxTCBNumber;
UBaseType_t uxTaskNumber;
#endif
// 任务优先级被临时提高时，保存任务原本的优先级
#if ( configUSE_MUTEXES == 1 )
UBaseType_t uxBasePriority;
UBaseType_t uxMutexesHeld;
#endif
// 任务的一个标签值，可以由用户自定义它的意义，例如可以传入一个函数指针可以用来做Hook 函数调用
#if ( configUSE_APPLICATION_TASK_TAG == 1 )
TaskHookFunction_t pxTaskTag;
#endif
// 任务的线程本地存储指针，可以理解为这个任务私有的存储空间
#if( configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS > 0 )
void *pvThreadLocalStoragePointers[ configNUM_THREAD_LOCAL_STORAGE_POINTERS ];
#endif
// 运行时间变量
#if( configGENERATE_RUN_TIME_STATS == 1 )
uint32_t ulRunTimeCounter;
#endif
// 支持NEWLIB的一个变量
#if ( configUSE_NEWLIB_REENTRANT == 1 )
struct _reent xNewLib_reent;
#endif
// 任务通知功能需要用到的变量
#if( configUSE_TASK_NOTIFICATIONS == 1 )
// 任务通知的值
volatile uint32_t ulNotifiedValue;
// 任务通知的状态
volatile uint8_t ucNotifyState;
#endif
// 用来标记这个任务的栈是不是静态分配的
#if( tskSTATIC_AND_DYNAMIC_ALLOCATION_POSSIBLE != 0 )
uint8_t ucStaticallyAllocated;
#endif
// 延时是否被打断
#if( INCLUDE_xTaskAbortDelay == 1 )
uint8_t ucDelayAborted;
#endif
// 错误标识
#if( configUSE_POSIX_ERRNO == 1 )
int iTaskErrno;
#endif
//###################################################################################
*/
} tskTCB;
typedef tskTCB TCB_t;
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二.创建任务的具体内部细节
以简单的任务创建函数为例，这里分别创建了三个简单任务vTask1，vTask2，vTask3
void vTask1( void *pvParameters )
{ /* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
for( ;; )
{
flagIdleTaskrun = 0;
flagTask1run = 1;
flagTask2run = 0;
flagTask3run = 0;
/* 打印任务的信息 */
printf("T1\r\n");
}
}
void vTask2( void *pvParameters )
{
/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
for( ;; )
{
flagIdleTaskrun = 0;
flagTask1run = 0;
flagTask2run = 1;
flagTask3run = 0;
/* 打印任务的信息 */
printf("T2\r\n");
}
}
void vTask3( void *pvParameters )
{
const TickType_t xDelay5ms = pdMS_TO_TICKS( 5UL );
/* 任务函数的主体一般都是无限循环 */
for( ;; )
{
flagIdleTaskrun = 0;
flagTask1run = 0;
flagTask2run = 0;
flagTask3run = 1;
/* 打印任务的信息 */
printf("T3\r\n");
// 如果不休眠的话, 其他任务无法得到执行
vTaskDelay( xDelay5ms );
}
}
//主函数的实现
int main( void )
{
prvSetupHardware();
xTaskCreate(vTask1, "Task 1", 1000, NULL, 0, NULL);
xTaskCreate(vTask2, "Task 2", 1000, NULL, 0, NULL);
xTaskCreate(vTask3, "Task 3", 1000, NULL, 2, NULL);
/* 启动调度器 */
vTaskStartScheduler();
/* 如果程序运行到了这里就表示出错了, 一般是内存不足 */
return 0;
}三.TCB任务结构体在RAM内存中的存在
下面的图中，将一整个tsTaskControlBlock结构体代码数据放入RAM内存中，表示出在内存中分配一个TCB结构体的效果（只画图表示效果，实际上可能不完全一样）；可以看到，在RAM内存中分配的栈空间保存的数据有：
栈顶指针pxTopOfStack； 指向划分出来的内存空间的最后一个数据保存的位置
状态链表xStateListItem；
事件链表 xEventListItem；
任务优先级 uxPriority；
指向堆栈起始位置指针 pxStack；指向划分出来的内存空间的起始地址位置
任务名 pcTaskName[ configMAX_TASK_NAME_LEN ]；
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四.任务函数创建时栈空间分配和大小的问题
//任务创建函数
xTaskCreate(vTask1, "Task 1", 1000, NULL, 0, NULL);在创建这个任务的时候，传进来的参数是保存在哪里呢？首先看传进来的栈的大小这个参数1000,这时需要弄明白两个问题。第一是栈是从哪里分配？第二是栈的大小怎么确定？
第一个问题栈是从哪里分配？栈其实就是一块空闲的内存，FreeRTOS的heap2.cpp文件中关于是定义了一个巨大的全局数组ucHeap，这个数组没人使用，作为一块空闲的内存，在以后的栈的空间的分配就从这个巨大的数组里面划分可用的内存，来给某个任务当做栈来使用，如上图所示；由宏定义可知数组的大小为17*1024个字节。
第二个问题，例子中栈的大小怎么确定？可以根据程序员出入的值的大小进行分配，例子中划分出1000*4字节的内存，然后内存的起始空间保存在pxStack指针中。
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五.任务函数创建时函数指针和参数保存问题和作用
//任务创建函数
xTaskCreate(vTask1, "Task 1", 1000, NULL, 0, NULL);第一个参数是函数指针xTaskCreat其实就是函数的地址addrF，当我们想要去启动这个任务，或者调用这个函数的时候,我们可以让CPU中的R15寄存器，也就是PC寄存器的值等于函数的地址。addrF即可。
第四个参数是随着函数传入的参数值，通常保存在R0寄存器中。
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六.任务处于暂停的状态恢复运行
系统从定义的全局数组ucHeap中分配可用的空间给任务函数xTaskCreate使用，例子中分配了1000*4的内存空间，pxStack指向内存开始的地址位置，pxTopOfStack指向内存中最后一个数据保存的位置。
我们在创建任务的时候，任务函数xTaskCreate已经创建了这部分内存，帮我们修改了RAM内存里面的内容，在TCB结构体里面，我们没有看到传入的参数和函数指针，其实任务函数已经把这些值写入了CPU内存中的R15和R0等寄存器，以便恢复任务时使用。
刚创建任务的时候，任务还没有运行，属于某种暂停状态，当任务被中断，系统将当前任务的寄存器入栈进行现场保护，其中包括R15函数返回地址，R0参数等；然后开始运行中断任务，中断任务结束，则开始恢复RAM内存中栈里面的各种寄存器现场，从R15函数返回地址开始执行，跳转回上一个被中断的任务，继续执行。如上图所示。
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