FreeRTOS---进阶知识1---列表的创建

在 FreeRTOS 中，列表（List） 是一种核心数据结构，用于高效管理任务、事件和其他内核对象。它本质上是一个 双向链表（Doubly Linked List）。

1. FreeRTOS 列表的特点

(1) 双向链表结构

• 每个列表（List_t）由多个 列表项（ListItem_t） 组成，列表项之间通过 前驱（pxPrevious） 和 后继（pxNext） 指针连接。

• 包含一个 尾节点（xListEnd） 作为哨兵节点（Sentinel Node），使遍历和插入操作更高效。

(2) 线程安全

• FreeRTOS 列表通常用于任务调度（如就绪列表 pxReadyTasksLists），因此其操作（插入、删除、遍历）必须保证 线程安全。

• 在 SMP（多核）版本 的 FreeRTOS 中，列表可能涉及 自旋锁（Spin Lock） 保护。

(3) 支持按优先级排序

• FreeRTOS 的任务调度依赖优先级，因此列表支持 按优先级排序，确保高优先级任务能快速被检索到。

2. FreeRTOS 列表的关键结构

(1) List_t（列表结构体）

typedef struct xLIST {volatile UBaseType_t uxNumberOfItems;  // 当前列表项数量ListItem_t *pxIndex;                   // 遍历指针（用于遍历列表）MiniListItem_t xListEnd;               // 尾节点（哨兵节点）
} List_t;

• uxNumberOfItems：记录当前列表中的有效项数。

• pxIndex：用于遍历列表（如 listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY()）。

• xListEnd：固定尾节点，使列表操作更高效（如判断是否到达末尾）。

(2) ListItem_t（列表项结构体）

struct xLIST_ITEM {TickType_t xItemValue;             // 存储排序值（如任务优先级）struct xLIST_ITEM *pxNext;         // 指向下一个节点struct xLIST_ITEM *pxPrevious;     // 指向前一个节点void *pvOwner;                     // 指向拥有者（如任务TCB）struct xLIST *pxContainer;         // 指向所属的列表
};

• xItemValue：用于排序（例如任务的阻塞时间或优先级）。

• pvOwner：通常指向任务的 TCB（任务控制块）。

• pxContainer：记录该项属于哪个列表（便于快速移除）。

(3) MiniListItem_t（简化版列表项，用于尾节点）

typedef struct xMINI_LIST_ITEM {TickType_t xItemValue;            // 通常设为最大值（portMAX_DELAY）struct xLIST_ITEM *pxNext;        // 指向第一个真实节点struct xLIST_ITEM *pxPrevious;    // 指向最后一个真实节点
} MiniListItem_t;

• 仅用于 xListEnd，不存储实际数据，仅作为列表遍历的边界。

3. 简单的链表示例

#include "usart.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>struct person{char *name;int age;int sex;struct person *couple;
};struct person w;
struct person h;int main(int argc, char **arg)
{HAL_Init();MX_USART1_UART_Init();w.name = 'w';w.age = 30;w.couple = &h;h.name = 'h';h.age = 30;h.couple = &w;printf ("w's couple is %s\r\n", w.couple ->name );while(1){}
}void Error_Handler(void)
{printf ("Error\r\n");while(1){}

代码运行结果如下：

4. 简单的列表示例：

#include "usart.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>struct person{char *name;int age;int sex;struct person *next;/*指向下一个人*/
};struct list{char *name;/*列表名称*/struct person *next;/*指向某个人*/
}int main(int argc, char **arg)
{HAL_Init();MX_USART1_UART_Init();struct list a_list;struct person p1;a_list.name = "A";a_list.next = NULL;/*空链表*/p1.name ="a1";p1.next = NULL；a_list.next = &p1;printf ("a list: %s\r\n", a_list.next ->name );while(1){}
}void Error_Handler(void)
{printf ("Error\r\n");while(1){}

1. 数据结构定义：

   • struct person：表示一个人的结构体，包含姓名、年龄、性别和指向下一个人的指针

   • struct list：表示一个链表，包含链表名称和指向第一个人的指针

2. 主函数：

   • 初始化HAL库和USART1

   • 创建一个链表a_list和一个人p1

   • 将p1添加到a_list中

   • 打印链表中第一个人的名字

其中：

 链表头部如下：

链表项如下：

代码运行结果如下：

5. 代码实现了一个简单的链表管理系统，用于管理一组人员信息

代码如下：

#include "usart.h"
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>struct person{char *name;int age;struct person *next;/*指向下一个人*/
};struct list{char *name;/*列表名称*/struct person *next;/*指向某个人*/
};void InitList(struct list *pList,char *name)
{pList ->name = name ;pList ->next = NULL ;
}void AddItemToList(struct list *pList,struct person *new_person)
{struct person *last;// 声明一个指向person结构体的指针变量last/*如果是空链表*/if (pList->next == NULL){pList->next =new_person ;new_person->next = NULL;return;}last = pList->next;while (last->next){last = last->next;}last->next = new_person;new_person->next = NULL;
}void PrintList(struct list *pList)
{int i = 0;struct person *p = pList->next ;while (p != NULL){printf("Person %d: %s is %d\r\n", i++, p->name ,p->age);/*后面还有人，移动到下一个*/p = p->next;}
}int main(int argc, char **arg)
{HAL_Init();MX_USART1_UART_Init();struct list a_list;int i;struct person p[]={{"p1",10,NULL},{"p2",20,NULL},{"p3",13,NULL},{"p4",41,NULL},{"p5",56,NULL},{"p6",12,NULL},{"p7",9,NULL},{"p8",21,NULL},{NULL ,0,NULL},};InitList(&a_list,"A_class");i = 0;while(p[i].name != NULL){AddItemToList(&a_list,&p[i]);i++;}PrintList(&a_list);while(1){}
}void Error_Handler(void)
{printf ("Error\r\n");while(1){}

代码结构

1. 数据结构定义：

   • struct person: 表示一个人，包含姓名、年龄和指向下一个人员的指针

   • struct list: 表示一个链表，包含链表名称和指向第一个人员的指针

2. 功能函数：

   • InitList(): 初始化链表

   • AddItemToList(): 向链表添加新人员

   • PrintList(): 打印链表中的所有人员信息

3. 主程序：

   • 初始化硬件和链表

   • 创建一组人员数据

   • 将人员添加到链表中

   • 打印链表内容

代码运行结果如下：

在上面的代码中，向链表末尾添加新节点，在数据结构和链表中，节点（Node） 是一个基本但非常重要的概念。

注：在链表中，尾部（Tail） 指的是链表的最后一个节点。

它的特征是：

• 指针域为NULL（next = NULL）

• 后面没有其他节点

• 是链表遍历的终点

节点的定义

节点是数据结构中的基本单位，它包含两部分：

1. 数据域 - 存储实际的数据

2. 指针域 - 存储指向其他节点的地址

在上面的链表中，有两种节点：

1. 人员节点（struct person）

struct person {char *name;          // 数据域：存储姓名int age;             // 数据域：存储年龄struct person *next; // 指针域：指向下一个人员节点
};

2. 链表头节点（struct list）

struct list {char *name;           // 数据域：链表名称struct person *next;  // 指针域：指向第一个人员节点
};

节点的可视化表示

单个节点：

+---------------+
|   数据域      |  ← 存储具体信息
| (name, age)   |
+---------------+
|   指针域      |  ← 指向下一个节点
|    next       | → NULL 或其他节点
+---------------+

链表中的多个节点：

头节点             节点1               节点2               节点3
+----------+     +----------+     +----------+     +----------+
|  "A班"   |     | "张三",18|     | "李四",20|     | "王五",22|
+----------+     +----------+     +----------+     +----------+
|    ●-----|----→|    ●-----|----→|    ●-----|----→|   NULL   |
+----------+     +----------+     +----------+     +----------+

节点的作用

1. 数据存储

每个节点就像一个"容器"，存储特定的数据：

• 人员节点存储：姓名、年龄

• 头节点存储：链表名称

2. 连接关系

通过指针域，节点之间形成连接：

// 节点1指向节点2
node1.next = &node2;// 节点2指向节点3  
node2.next = &node3;// 节点3指向NULL，表示链表结束
node3.next = NULL;