FreeRTOS深入教程（任务的引入及栈的作用）

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前言

本篇文章开始带大家深入学习FreeRTOS，带大家学习什么是任务，并且深入学习栈的作用。

一、任务的引入

在 FreeRTOS 中，任务（Task）是一个基本的执行单元，它代表了一个并行执行的工作单元。FreeRTOS 是一个实时操作系统，允许你创建多个任务，每个任务都有自己的代码、堆栈和优先级。这些任务可以独立运行，以实现多任务并发。

以下是关于 FreeRTOS 任务的一些关键概念：

任务的特点：

每个任务都有自己的独立堆栈，用于保存任务的局部变量和上下文信息。

任务可以具有不同的优先级，操作系统根据任务的优先级来调度它们的执行。

任务可以是无限循环的，也可以在完成其工作后自行删除。

每个任务都有一个唯一的任务句柄，可以用于管理和控制任务。

二、深入理解C语言函数的调用

1.ARM架构

在我们看来执行a+b是一件非常简单的事情，但是在CPU的内部却做了非常多的操作。

CPU运行时，先去Flash上取得指令，再执行指令：

• 把内存a的值读入CPU寄存器R0
• 把内存b的值读入CPU寄存器R1
• 把R0、R1累加，存入R0
• 把R0的值写入内存a

2.基础汇编指令

LDR（Load Register）：

LDR 指令用于将数据从内存加载到寄存器中。 典型的 LDR 指令的语法：LDR Rd, [Rn, #Offset]，其中 Rd 是目标寄存器，Rn 是基址寄存器，Offset 是偏移量。 举例：LDR R0, [R1, #4] 表示将存储在地址 (R1 + 4) 处的数据加载到 R0 寄存器中。

STR（Store Register）：

STR 指令用于将寄存器中的数据存储到内存中。 典型的 STR 指令的语法：STR Rd, [Rn, #Offset]，其中 Rd 是源寄存器，Rn 是基址寄存器，Offset 是偏移量。 举例：STR R0, [R1, #4] 表示将 R0 寄存器中的数据存储到地址 (R1 + 4) 处。

ADD（Add）：

ADD 指令用于将两个操作数相加，并将结果存储在目标寄存器中。 典型的 ADD 指令的语法：ADD Rd, Rn, Operand2，其中 Rd 是目标寄存器，Rn 是第一个操作数寄存器，Operand2 是第二个操作数。 举例：ADD R0, R1, #10 表示将 R1 寄存器中的值与 10 相加，并将结果存储在 R0 中。

POP：

POP 指令用于从栈中弹出多个寄存器的值。 POP 指令的操作是根据栈指针（通常是 SP 寄存器）从栈中弹出值，同时更新栈指针。 通常用于函数返回时，以恢复之前保存的寄存器状态。

POP {R3, PC}

PUSH：

PUSH 指令用于将多个寄存器的值推送（压入）到栈上。 PUSH 指令的操作是根据栈指针（通常是 SP 寄存器）将值压入栈中，同时更新栈指针。 通常用于函数调用时，以保存当前寄存器状态。

PUSH {R3, LR}

3.函数运行流程分析

在keil5中编写一个加法函数：

/* a = a + b */
void add_val(int *pa, int *pb)
{
	//*pa = *pa + *pb;

	volatile int tmp;

	tmp = *pa;
	tmp = tmp + *pb;
	*pa = tmp;
	
}

int a = 1;
int b = 2;

add_val(&a, &b);	

汇编代码：

汇编代码分析：

首先执行PUSH	{r3,lr}命令
将r3寄存器的值和lr返回地址保存到了栈中。
r3就是局部变量tmp的值。

tmp = *pa;

LDR      r2,[r0,#0x00]   读取r0的值到r2中，也就是将*pa读取到r2中。
STR      r2,[sp,#0x00]   将r2的值保存到sp+0x00地址处也就是将*pa保存到tmp中。
			完成tmp = *pa;赋值语句

tmp = tmp + *pb;

LDR	     r2,[r1, #0x00] 读取r1的值到r2中，也就是将*pb读取到r2中
LDR		 r3,[sp,#0x00] 读取sp+0x00的值到r3中，也就是将tmp读取到r3中
ADD	 	 r2,r2,r3 将r2+r3的和保存到r2中，也就是将*pb + tmp的值保存到r2中
STR		 r2,[sp,#0x00] 将r2的值保存到sp中也就是tmp = *pb + tmp

*pa = tmp;

LDR    r2,[sp,#0x00] 读取sp+0x00的值保存到r2中，也就是将tmp保存到r2中
STR	   r2,[r0,#0x00] 将r2的值保存到r0中，也就是*pa = tmp

POP {r3,lr}

出栈将lr的值返回给pc寄存器，执行下一条指令。

三.保存现场的几种情况

1.函数调用

当函数调用时R0,R1,R2通常被用来传递参数故不需要保存这几个寄存器的值。

void funA(void)
{
	.........
	funB(a, b);
}

2.中断处理

被中断打断时硬件会帮我们保存R0,R1,R2寄存器，其他寄存器需要通过软件来保存。

void funA(void)
{
	->被中断打断
}

3.任务切换

当任务切换时需要保存所有的寄存器，因为任务并不知道会使用到哪些寄存器。

总结

本篇文章主要引入了任务及说明了栈在这里的作用。