RTOS：启动调度器的作用（含源码逐行解读）

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前言

操作系统，在入行嵌入式j接触它之前，感觉那是多么高深、神圣的技术，感觉它是高不可攀的。曾经也幻想过它有多么的复杂，在裸机编程时无数次想去应用这个技术，但无奈，无人指引，以致于每每都会望而却步。如今，也在多种OS的基础上做过各行各业的软件开发，所以想在闲暇之时，将使用过的OS内核软件逐行阅读，以提升自我编程能力、去了解更多软件编程思想。写此专栏文章的目的也仅仅是为了让这个过程留痕。

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本文所有代码源于RTOS-Keenel

一、启动调度器

话不多说，直接上源码。

void vTaskStartScheduler( void )
{BaseType_t xReturn;traceENTER_vTaskStartScheduler();#if ( configUSE_CORE_AFFINITY == 1 ) && ( configNUMBER_OF_CORES > 1 ){/* Sanity check that the UBaseType_t must have greater than or equal to* the number of bits as confNUMBER_OF_CORES. */configASSERT( ( sizeof( UBaseType_t ) * taskBITS_PER_BYTE ) >= configNUMBER_OF_CORES );}#endif /* #if ( configUSE_CORE_AFFINITY == 1 ) && ( configNUMBER_OF_CORES > 1 ) */xReturn = prvCreateIdleTasks();#if ( configUSE_TIMERS == 1 ){if( xReturn == pdPASS ){xReturn = xTimerCreateTimerTask();}else{mtCOVERAGE_TEST_MARKER();}}#endif /* configUSE_TIMERS */if( xReturn == pdPASS ){/* freertos_tasks_c_additions_init() should only be called if the user* definable macro FREERTOS_TASKS_C_ADDITIONS_INIT() is defined, as that is* the only macro called by the function. */#ifdef FREERTOS_TASKS_C_ADDITIONS_INIT{freertos_tasks_c_additions_init();}#endif/* Interrupts are turned off here, to ensure a tick does not occur* before or during the call to xPortStartScheduler().  The stacks of* the created tasks contain a status word with interrupts switched on* so interrupts will automatically get re-enabled when the first task* starts to run. */portDISABLE_INTERRUPTS();#if ( configUSE_C_RUNTIME_TLS_SUPPORT == 1 ){/* Switch C-Runtime's TLS Block to point to the TLS* block specific to the task that will run first. */configSET_TLS_BLOCK( pxCurrentTCB->xTLSBlock );}#endifxNextTaskUnblockTime = portMAX_DELAY;xSchedulerRunning = pdTRUE;xTickCount = ( TickType_t ) configINITIAL_TICK_COUNT;/* If configGENERATE_RUN_TIME_STATS is defined then the following* macro must be defined to configure the timer/counter used to generate* the run time counter time base.   NOTE:  If configGENERATE_RUN_TIME_STATS* is set to 0 and the following line fails to build then ensure you do not* have portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS() defined in your* FreeRTOSConfig.h file. */portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS();traceTASK_SWITCHED_IN();traceSTARTING_SCHEDULER( xIdleTaskHandles );/* Setting up the timer tick is hardware specific and thus in the* portable interface. *//* The return value for xPortStartScheduler is not required* hence using a void datatype. */( void ) xPortStartScheduler();/* In most cases, xPortStartScheduler() will not return. If it* returns pdTRUE then there was not enough heap memory available* to create either the Idle or the Timer task. If it returned* pdFALSE, then the application called xTaskEndScheduler().* Most ports don't implement xTaskEndScheduler() as there is* nothing to return to. */}else{/* This line will only be reached if the kernel could not be started,* because there was not enough FreeRTOS heap to create the idle task* or the timer task. */configASSERT( xReturn != errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY );}/* Prevent compiler warnings if INCLUDE_xTaskGetIdleTaskHandle is set to 0,* meaning xIdleTaskHandles are not used anywhere else. */( void ) xIdleTaskHandles;/* OpenOCD makes use of uxTopUsedPriority for thread debugging. Prevent uxTopUsedPriority* from getting optimized out as it is no longer used by the kernel. */( void ) uxTopUsedPriority;traceRETURN_vTaskStartScheduler();
}

二、详细逻辑分析

用于启动调度器，调度器是操作系统的核心部分，负责决定哪个任务应该运行。

主要步骤如下：

• 1、调用 prvCreateIdleTasks 函数创建空闲任务。空闲任务是系统中优先级最低的任务，当没有其他任务需要运行时，空闲任务才会运行。
• 2、如果启用了定时器，调用 xTimerCreateTimerTask 函数创建定时器任务。定时器任务是用于处理定时器事件的任务。
• 3、如果上述步骤都成功了，就会调用函数 freertos_tasks_c_additions_init 进行一些额外的初始化工作。这个函数是可选的，只是当定义了 FREERTOS_TASKS_C_ADDITIONS_INIT 宏才会调用。
• 4、禁用中断。这是为了确保在调用 xPortStartScheduler 之前不会发生中断。在创建的任务堆栈中，有一个状态，其中就包括了中断开关的状态。因此，当第一个任务开始运行时，中断会自动被重新启用。
• 5、如果启用了C运行时的TLS支持，函数会调用 configSET_TLS_BLOCK 函数，将C运行时的TLS块切换到第一个运行的任务的TLS块。
• 6、初始化一些全局变量
• 7、如果定义了 configGENERATE_RUN_TIME_STATS 宏，函数会调用 portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS 宏，配置用于生成运行时间统计的定时器/计数器。
• 8、调用 xPortStartScheduler 函数启动调度器。
• 9、如果 xPortStartScheduler 函数返回，那么可能是由于没有足够的堆内存来创建空闲任务或定时器任务，或者应用程序嗲用了 xTaskEndScheduler 函数。在后一种情况下，函数会调用 vPortEndScheduler 函数。

三、逐行分析

3.1、traceENTER_vTaskStartScheduler

用于跟踪和调试的宏。

3.2、configASSERT( ( sizeof( UBaseType_t ) * taskBITS_PER_BYTE ) >= configNUMBER_OF_CORES );

检查 UBaseType_t 类型的位数大于核心数量

3.3、xReturn = prvCreateIdleTasks();

为每个核心创建一个空闲任务。

3.4、xTimerCreateTimerTask();

创建定时器任务。前提 configUSE_TIMERS 是启用了，并且 prvCreateIdleTasks 函数成功创建了空闲任务。

3.5、freertos_tasks_c_additions_init

进行一些额外的初始化工作。

3.6、portDISABLE_INTERRUPTS

禁用中断，是为了确保在调用 xPortStartScheduler 函数之前不会发生中断。在创建的任务的堆栈中，有一个状态字，其中包括中断开关的状态。因此，当第一个任务开始运行时，中断会自动被重新启用。

3.7、configSET_TLS_BLOCK

如果启用了TLS支持（configUSE_C_RUNTIME_TLS_SUPPORT宏打开），那么调用该函数将运行TLS块切换到第一个运行任务的TLS。

3.8、portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS

如果定义了 configGENERATE_RUN_TIME_STATS 宏，那么调用 8、portCONFIGURE_TIMER_FOR_RUN_TIME_STATS 宏会配置用于生成运行时间统计的定时器/计数器。

3.9、traceTASK_SWITCHED_IN 和 traceSTARTING_SCHEDULER

用于跟踪和调试。

3.10、xPortStartScheduler

启动调度器。

3.11、configASSERT( xReturn != errCOULD_NOT_ALLOCATE_REQUIRED_MEMORY );

如果 xPortStartScheduler 函数返回异常，那么可能是由于没有足够的堆内存来创建空闲任务或定时器任务。

3.12、xIdleTaskHandles

总是将 INCLUDE_xTaskGetIdleTaskHandle 设置为0，可避免编译器发出警告。意味着 xIdleTaskHandles 未在其他地方调用。

3.13、uxTopUsedPriority

防止被优化掉。

3.14、traceRETURN_vTaskStartScheduler

用于跟踪和调试。

四、启动调度器的作用

• 1、创建空闲任务，空闲任务是系统中优先级最低的任务，当没有其他任务需要运行时，空闲任务会运行。

• 2、创建定时器任务，如果启用了定时器，那么就会创建一个定时器任务，用于处理定时器事件。

• 3、启动调度器，调度器开始运行后，会根据任务的优先级和状态，决定哪个任务应该运行。

• 4、管理系统资源，如处理器、内存、文件和设备。

  总的来说，该函数主要作用就是启动RTOS的调度器，开始执行任务并管理系统资源。