RTOS内功修炼记—— 任务入口函数执行完毕之后去哪里？

Posted 2021-09-21 Mculover666

1. 专栏说明

本专栏是作者深入研究RTOS内核时记录的笔记，目前包含的8篇文章覆盖了RTOS内核基础原理：

• 01-任务到底应该怎么写
• 02-优先级抢占调度到底是怎么回事
• 03-内核到底是如何管理中断的
• 04-小小的时钟节拍，撑起了内核半边天
• 05-任务间同步机制的实现，万变不离其宗
• 06-任务间通信为什么不用全局变量
• 07-动态内存和静态内存管理机制
• 08-CMSIS RTOS API用法详解及示例

在工作过程中，我发现在实际使用RTOS完成项目时，理解这些知识仅能达到会用RTOS的水平，要想用好RTOS，还需要了解一些比较细节的机制，否则容易掉坑进去，花大量时间定位问题。

所以，我决定继续更新这个专栏，分享更多使用RTOS过程中的经验。

2. 任务的通常写法

遵循“不使用就让出”的原则，任务通常有两种写法。

① 阻塞等待某个事件处理，等待到之后处理：

void task1_entry(void *arg)
{
	// init...

	while (1) {
		// 1. wait some kernel object...
		// eg. tos_sem_pend, tos_mutex_pend, tos_event_pend.
			
		// 	2. wait success, handle!
	}
}

这种写法中，在没有事件发生的时候，任务会因为等待某个内核对象而被挂起，让出CPU不参与调度。

② 定时执行

void task1_entry(void *arg)
{
	// init...

	while (1) {
		// 1. do some thing...
		
		// 	2. sleep!
		// eg. tos_task_delay, tos_sleep_ms.
	}
}

这种写法中，任务在干完活之后，会主动进入睡眠状态，让出CPU不参与调度。

3. 一次性任务

上面两种写法的共性是都有主循环，不需要考虑任务入口函数退出的情况，但在一些场景中任务只需要执行一次即可：

void task1_entry(void *arg)
{
	// init...

	// do some thing...

	// exit?
}

这个时候就要思考一个问题：任务入口函数执行完毕之后去了哪里？

4. 寻找答案

首先，任务入口函数本质上是一个函数，跳转函数的指令是BL，CPU在执行该指令跳转到某个函数执行时，会将当前PC地址作为函数返回地址、加载到LR寄存器中、保证函数执行完可以返回到这儿继续执行，再将函数地址加载到PC寄存器、程序接着执行就到了函数中。

那么，任务入口函数没有被别的函数主动调用，是如何被拉起来执行的呢？

任务切换分为两步：保存上文、切换下文。切换下文就是指将保存在任务栈中的CPU寄存器组的值、加载到CPU中。

所以，当任务栈中初始保存的CPU寄存器组的值中、PC寄存器值为该任务的任务入口函数地址时，切换下文加载之后，由于PC指向任务入口函数，所以CPU接着运行就到了任务入口函数中，也就是该任务在运行。

同样的道理，任务栈中初始保存的CPU寄存器组的值中、LR寄存器的值决定了、任务入口函数退出时候返回到哪里。

由于不同CPU架构的CPU寄存器组不同，所以初始化任务栈的代码与架构强相关，在arch目录下都有不同架构对应的实现。

这里我们以ARM Cortex-M4为例（Arm-v7m）看看代码如何实现：

从代码里可以看到，TencentOS-Tiny默认退出函数为exit参数指定的值，接下来我们看看退出函数~

5. 任务退出函数

在创建任务的API tos_task_create 中，初始化任务栈的过程中会指定退出函数为 task_exit：

task->sp = cpu_task_stk_init((void *)entry, arg, (void *)task_exit, stk_base, stk_size);

task_exit 函数主要完成销毁自身的工作，具体实现如下：

__STATIC__ void task_exit(void)
{
    tos_task_destroy(K_NULL);
}

该销毁函数传入的参数为NULL表示销毁自身，如果是静态任务则按以下步骤销毁（动态任务销毁值得用一篇文章去讲述）：

• 将任务从就绪列表移除
• 将任务从等待列表移除
• 将任务从统计列表移除
• 任务状态置为K_TASK_STATE_DELETED

6. 总结

本文讲述了任务的两种常规写法，以及任务函数执行完毕之后去了哪里？

当任务函数执行完毕退出时，会执行到哪里由任务栈初始化时LR寄存器的值决定，RTOS内核都会提供一个默认退出函数，TencentOS-Tiny提供的任务退出函数中，会自动销毁任务自身。

所以在编写一次性任务时，就不需要主动调用销毁API销毁自身啦~

接收更多精彩文章及资源推送，欢迎订阅我的微信公众号：『mculover666』。