FreeRTOS进阶之调度器启动过程分析

1. 简介

FreeRTOS是一款广泛应用于嵌入式系统的轻量级操作系统，它的调度器是整个操作系统核心。在FreeRTOS系统中，任务的切换、优先级的调度都由调度器来完成。因此，了解调度器的启动过程，有助于我们更好地理解系统的运行机制。

2. 调度器的主要函数

在FreeRTOS中，调度器循环体现在task.c文件的vTaskSwitchContext()函数内，该函数实现了任务的切换和运行。同时，FreeRTOS还提供了一些其他与调度器相关的函数，这些函数可以帮助我们更好地管理任务。以下是一些重要的调度器函数：

xTaskCreate()：创建任务函数。
vTaskStartScheduler()：启动调度器函数，它会一直循环调用vTaskSuspendAll()和vTaskResumeAll()来控制任务的切换和调度。
vTaskSuspendAll()和vTaskResumeAll()：暂停和恢复所有任务的运行。
vTaskDelay()：延时函数，可使任务进入阻塞状态，等待一定时间后再重新进入就绪状态。

3. 调度器的启动过程分析

调度器的启动是整个FreeRTOS系统中最重要的一个过程，下面将对启动过程进行分析。

3.1. 准备工作

调度器启动前需要进行一些准备工作，这些准备工作主要包括以下内容：

创建任务：使用xTaskCreate()函数创建需要的任务。
初始化定时器：FreeRTOS中的延时函数内部使用了一个硬件定时器，需要对定时器进行初始化。
初始化中断：如果需要使用中断服务，需要对中断进行初始化，以确保中断能够正确地触发。

3.2. 启动调度器

当准备工作全部完成后，调度器就可以启动了。调度器启动的过程可以描述如下：

开启调度器前，会先停止所有中断。
调用vTaskStartScheduler()函数来启动调度器，此时系统会开始进入循环调度状态。
调度器会首先调用vTaskSuspendAll()函数，将所有任务暂停。
之后，调度器会开启硬件定时器，并且将系统中所有任务添加到就绪列表中（做上标记）。
当第一个任务执行时，调度器会进入循环内，并调用一系列的内部函数来完成任务切换和调度。

调度器的启动过程可以使用以下代码来描述：

void main(void)
{
    // 1. 创建任务，初始化定时器、中断等
    // ...

    // 2. 启动调度器
    vTaskStartScheduler();

    // 3. 系统循环
    while(1)
    {
        // Do something here
    }
}

4. 示例说明

4.1. 示例1：创建任务和启动调度器

以下代码展示了如何使用FreeRTOS创建一个简单的任务，并启动调度器来运行该任务：

TaskHandle_t xTaskHandle;

void vTaskFunction(void *pvParameters)
{
    while(1)
    {
        // Task code here
    }
}

int main(void)
{
    // 创建任务
    xTaskCreate(vTaskFunction, "Task 1", 1000, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, &xTaskHandle);

    // 启动调度器
    vTaskStartScheduler();

    return 0;
}

在该示例中，我们使用xTaskCreate()函数来创建一个名为"Task 1"的任务，优先级为tskIDLE_PRIORITY + 1。当vTaskStartScheduler()函数被调用时，系统开始运行调度器，并调用任务函数vTaskFunction()来运行任务。

4.2. 示例2：使用任务挂起和恢复函数

以下代码展示了如何使用FreeRTOS的挂起和恢复函数来实现任务的间歇性运行：

TaskHandle_t xTaskHandle;

void vTaskFunction(void *pvParameters)
{
    while(1)
    {
        // Task code here

        vTaskSuspendAll();
        vTaskDelay(1000);
        vTaskResumeAll();

        // Task code here again
    }
}

int main(void)
{
    // 创建任务
    xTaskCreate(vTaskFunction, "Task 1", 1000, NULL, tskIDLE_PRIORITY + 1, &xTaskHandle);

    // 启动调度器
    vTaskStartScheduler();

    return 0;
}

该示例中，我们在任务函数内部使用vTaskSuspendAll()和vTaskResumeAll()函数来实现任务的间歇性运行。当任务执行到vTaskSuspendAll()函数时，调度器会挂起所有任务，直到某个事件使任务恢复运行。在该示例中，我们使用vTaskDelay()函数来实现任务的恢复，该函数会使任务进入阻塞状态，并在指定的时间后自动恢复运行。在任务恢复运行后，调度器会继续进行任务的切换和调度。

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