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1 前言

最近博主在做一些適配freeRTOS的項目，簡單來說就是從別的RTOS平臺遷移到freeRTOS平臺。由于之前的代碼都是可用的，憑經(jīng)驗我們認為只需要將OSAL的接口重新封裝一下，理論上上層的邏輯應(yīng)該問題不大；但是我們沒想到的卻是在OSAL層適配的時候，遇到了一些之前沒有考慮到的問題。

2 遇到的問題

簡單描述一下，我所遇到的問題；這個問題主要的體現(xiàn)就是在創(chuàng)建任務(wù)xTaskCreate的接口調(diào)用上，freeRTOS的接口原型為：

BaseType_t xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode,
                            const char * const pcName,     /*lint !e971 Unqualified char types are allowed for strings and single characters only. */
                            const configSTACK_DEPTH_TYPE usStackDepth,
                            void * const pvParameters,
                            UBaseType_t uxPriority,
                            TaskHandle_t * const pxCreatedTask ) PRIVILEGED_FUNCTION;

我在一個任務(wù)里面調(diào)用該接口去創(chuàng)建一個新的任務(wù)，然后我發(fā)現(xiàn)新建的任務(wù)跑起來了，但是我發(fā)起創(chuàng)建的任務(wù)卻不往下跑了。初步觀察，就是xTaskCreate接口沒有返回出來。

3 問題分析

3.1 初略分析

考慮到我的操作場景是在從別的RTOS平臺遷移代碼到freeRTOS平臺，所以第一感覺會是OSAL層封裝是不是有問題？ 于是把任務(wù)創(chuàng)建相關(guān)的OSAL接口重新捋了一遍，包括每個參數(shù)的傳參轉(zhuǎn)換是否正確，都做了一個遍，確認封裝是沒有問題的。之前我們做代碼調(diào)試的時候，留了一手，就是在xTaskCreate內(nèi)部創(chuàng)建任務(wù)的時候，會把任務(wù)相關(guān)的一些信息打印出來，以便觀察。

                    /* Allocate space for the TCB. */
                    pxNewTCB = ( TCB_t * ) pvPortMalloc( sizeof( TCB_t ) ); /*lint !e9087 !e9079 All values returned by pvPortMalloc() have at least the alignment required by the MCU's stack, and the first member of TCB_t is always a pointer to the task's stack. */

                    if( pxNewTCB != NULL )
                    {
                        /* Store the stack location in the TCB. */
                        pxNewTCB->pxStack = pxStack;
                        kprintf("[THD]%s:[tcb]%x [stack]%x-%x:%d:%d\r\n", pcName, 
                        pxNewTCB, pxStack,
                        (size_t)pxStack + ( ( ( size_t ) usStackDepth ) * sizeof( StackType_t ) ), 
                        ( ( ( size_t ) usStackDepth ) * sizeof( StackType_t ) )
                        , uxPriority);
                    }
                    else
                    {
                        /* The stack cannot be used as the TCB was not created.  Free
                         * it again. */
                        vPortFreeStack( pxStack );
                    }

所以這個調(diào)試信息，讓我發(fā)現(xiàn)了端倪，我在調(diào)用創(chuàng)建任務(wù)卡死不返回的地方，發(fā)現(xiàn)了如下log：

[THD]cli:[tcb]41a360 [stack]419758-41a358:3072:60

任務(wù)優(yōu)先級為60？好像freeRTOS不支持這么高數(shù)值的優(yōu)先級？到這里，初步懷疑是任務(wù)優(yōu)先級數(shù)值的問題導(dǎo)致的。

3.2 深究源碼

于是一步步去深究freerTOS的源碼，這就是開源代碼的好處??！捋了一下代碼調(diào)用的關(guān)鍵路徑：

xTaskCreate ->
prvInitialiseNewTask ->
prvAddNewTaskToReadyList ->

其中在prvInitialiseNewTask中有以下代碼片段：

/* This is used as an array index so must ensure it's not too large. */
    configASSERT( uxPriority < configMAX_PRIORITIES );
    if( uxPriority >= ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES )
    {
        uxPriority = ( UBaseType_t ) configMAX_PRIORITIES - ( UBaseType_t ) 1U;
    }
    else
    {
        mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
    }

    pxNewTCB->uxPriority = uxPriority;

這段代碼主要是對任務(wù)優(yōu)先級數(shù)值的檢查和處理，這里可以看到它會跟configMAX_PRIORITIES進行比較，比如我的環(huán)境下，這個值是10，它是在freeRTOSConfig.h里面定義的。從這段代碼可以知道，應(yīng)用層傳入的60優(yōu)先級實際被修改成9了；在freeRTOS里面，這是最高優(yōu)先級了。

/* Task */
#define configMAX_PRIORITIES                        ( 10 )

在freeRTOS里面，這個值可以定義大一些，但是需要多消耗一些RAM。

然后在prvAddNewTaskToReadyList中有以下代碼片段：

    if( xSchedulerRunning != pdFALSE )
    {
        /* If the created task is of a higher priority than the current task
         * then it should run now. */
        if( pxCurrentTCB->uxPriority < pxNewTCB->uxPriority )
        {
            taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION();
        }
        else
        {
            mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
        }
    }
    else
    {
        mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
    }

這里尤其注意第2個if語句，如果創(chuàng)建的新任務(wù)優(yōu)先級更高，那么就立即執(zhí)行它:

#define portYIELD()                    __asm ( "SWI 0" )

#ifndef portYIELD_WITHIN_API
    #define portYIELD_WITHIN_API    portYIELD
#endif

#if ( configUSE_PREEMPTION == 0 )

/* If the cooperative scheduler is being used then a yield should not be
 * performed just because a higher priority task has been woken. */
    #define taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION()
#else
    #define taskYIELD_IF_USING_PREEMPTION()    portYIELD_WITHIN_API()
#endif

在我的平臺，直接就跑到SWI0了，及產(chǎn)生一個軟中斷，隨后就立即發(fā)生任務(wù)調(diào)度了。那么這個時候，這個低優(yōu)先級的任務(wù)（調(diào)用了xTaskCreate的任務(wù)）感覺就沒法往下執(zhí)行了，因為log都不打了！

3.3 代碼驗證

其實通過debug信息，我只需要在xTaskCreate的入口和出口加上調(diào)試信息就可以知道到底退沒退出，但是我無法驗證是否真的是：高優(yōu)先級的任務(wù)創(chuàng)建低優(yōu)先級的任務(wù)可以退出，而低優(yōu)先級的任務(wù)創(chuàng)建高優(yōu)先級的任務(wù)無法退出。于是我寫了以下代碼做個簡單驗證：

#include "task.h"

TaskHandle_t calling_task;
TaskHandle_t lower_task;
TaskHandle_t higher_task;

void create_lower_task(void *data)
{
    TaskStatus_t TaskStatus;

    vTaskGetInfo( lower_task,
                   &TaskStatus,
                   0,
                   eInvalid);
    while(1) {
        task_debug("%s:%d >>> prio: %d\r\n", __func__, __LINE__, TaskStatus.uxCurrentPriority);
        vTaskDelay(1000);
    }
}

void create_higher_task(void *data)
{
    TaskStatus_t TaskStatus;

    vTaskGetInfo( higher_task,
                   &TaskStatus,
                   0,
                   eInvalid);

    while(1) {
        task_debug("%s:%d >>> prio: %d\r\n", __func__, __LINE__, TaskStatus.uxCurrentPriority);
        vTaskDelay(1000);
    }
}

void create_calling_task(void *data)
{
    int ret;
    int lower_prio = 3;
    int higher_prio = 60; //final set to prio 9
    TaskStatus_t TaskStatus;

    (void)higher_prio;

    vTaskGetInfo( lower_task,
                   &TaskStatus,
                   0,
                   eInvalid);

    task_debug("%s:%d >>> prio: %d\r\n", __func__, __LINE__, TaskStatus.uxCurrentPriority);
    ret = xTaskCreate(create_lower_task, "test-2", 256, NULL, lower_prio, 
        (TaskHandle_t * const )&lower_task);
    if (ret != pdPASS) {
        task_debug("Error: Failed to create test task: %d\r\n", ret);
    }
    task_debug("%s:%d >>>\r\n", __func__, __LINE__);
#if 1
    task_debug("%s:%d >>>\r\n", __func__, __LINE__);
    ret = xTaskCreate(create_higher_task, "test-3", 256, NULL, higher_prio, 
        (TaskHandle_t * const )&higher_task);
    if (ret != pdPASS) {
        task_debug("Error: Failed to create test task: %d\r\n", ret);
    }
    task_debug("%s:%d >>>\r\n", __func__, __LINE__);
#endif

    while(1) {
        task_debug("%s:%d >>> prio: %d\r\n", __func__, __LINE__, TaskStatus.uxCurrentPriority);
        vTaskDelay(1000);
    }
}

void freertos_task_priority_test(void)
{
    int ret;
    int cur_prio = 4;

    {
        TaskStatus_t TaskStatus;

        vTaskGetInfo( xTaskGetHandle( "extended_app" ),
                   &TaskStatus,
                   0,
                   eInvalid);
        task_debug("%s:%d >>> prio: %d\r\n", __func__, __LINE__, TaskStatus.uxCurrentPriority);
    }

    task_debug("%s:%d >>>\r\n", __func__, __LINE__);
    ret = xTaskCreate(create_calling_task, "test-1", 256, NULL, cur_prio, 
        (TaskHandle_t * const )&calling_task);
    if (ret != pdPASS) {
        cli_printf("Error: Failed to create test task: %d\r\n", ret);
    }
    task_debug("%s:%d >>>\r\n", __func__, __LINE__);
}

#endif

結(jié)果代碼一跑，卻超出了我之前的預(yù)想：

freertos_task_priority_test:793 >>> prio: 4
freertos_task_priority_test:796 >>>
[THD]test-1:[tcb]419b68 [stack]419760-419b60:1024:4
freercreate_calling_task:758tos_task_priority_test: >>> prio: 4
[THD]test802 >>>
[THD]cli:[tcb]-2:[tcb]41a1e8 [stack]4419bd8 [stack]41a258-4119de0-41a1e0:1024:3
creae58:3072:60
ate_calling_task:764 >>>
create_calling_task:766 >>>
[THD]test-3:[tcb]419c48 [stack]41ae60-41b260:1024:60
create_higher_task:739 >>> prio: 9
create_calling_task:772 >>>
create_calling_task:776 >>> prio: 4
create_lower_task:724 >>> prio: 3

create_higher_task:739 >>> prio: 9
create_calling_task:776 >>> prio: 4
create_lower_task:724 >>> prio: 3
create_higher_task:739 >>> prio: 9
create_calling_task:776 >>> prio: 4
create_lower_task:724 >>> prio: 3
create_higher_task:739 >>> prio: 9
create_calling_task:776 >>> prio: 4
create_lower_task:724 >>> prio: 3
create_higher_task:739 >>> prio: 9
create_calling_task:776 >>> prio: 4
create_lower_task:724 >>> prio: 3
create_higher_task:739 >>> prio: 9
create_calling_task:776 >>> prio: 4
create_lower_task:724 >>> prio: 3
create_higher_task:739 >>> prio: 9
create_calling_task:776 >>> prio: 4
create_lower_task:724 >>> prio: 3
create_higher_task:739 >>> prio: 9
create_calling_task:776 >>> prio: 4
create_lower_task:724 >>> prio: 3

簡單來說，就是xTaskCreate壓根就沒有卡住啊？一個任務(wù)優(yōu)先級為4的任務(wù)，分別創(chuàng)建任務(wù)優(yōu)先級為3和9的任務(wù)，都跑的好好的，并沒有發(fā)現(xiàn)xTaskCreate不返回的問題！難道是我哪里想錯了？

3.4 進一步分析

通過上面的簡單代碼已經(jīng)驗證了，我之前的猜想是不對的，但是我的確看到了在我的應(yīng)用代碼里面出現(xiàn)了xTaskCreate卡死不返回的情況，還需要再細細分析下我新創(chuàng)建的這個任務(wù)，多半是問題出在它身上，因為我屏蔽了創(chuàng)建它，問題就沒有復(fù)現(xiàn)了。為了說明問題，我把這個任務(wù)的執(zhí)行代碼簡略了下：

void task_main(void *data)
{
    int32_t ret;

    char *msg = NULL;

    while (!task_cancel_check()) {
        if (task_get_input(g_cli->inbuf, &g_cli->bp) != 0) {
            /* do something */
        }
    }

    task_exit();
}

看到這偽代碼，也許你發(fā)現(xiàn)了點問題，這個while里面看樣子都是查詢下的代碼，并且沒有延時處理，如果這個任務(wù)的優(yōu)先級是最高的，那么它將一直占用CPU，別的任務(wù)壓根無法被調(diào)度到。回想我的代碼場景，傳入了一個優(yōu)先級60，被減小到configMAX_PRIORITIES-1，即優(yōu)先級為9；這個在freeRTOS里面可是最高優(yōu)先級的任務(wù)了，所以才出現(xiàn)了xTaskCreate無法退出返回；因為這個時候除這個最高優(yōu)先級的任務(wù)在跑外，其他任務(wù)都可能跑不起來了。

3.5 如何優(yōu)化

明白了出現(xiàn)問題的原因，修改一來就很簡單了，這里提供兩個思路：

1) 把這個taskmain修改成一個合適的優(yōu)先級，像這個不緊急的任務(wù)，建議設(shè)置成次優(yōu)先級即可，即優(yōu)先級數(shù)值為1； 2）在taskmain的while循環(huán)里面，加上適當(dāng)?shù)膁elay，比如vTaskDelay(1)，讓其在合適的時間讓出CPU。

理論上，以上兩種方案都可以解決問題，但是肯定強烈推薦方式1，因為它才是解決根源的思路。

4 經(jīng)驗總結(jié)

freeRTOS的優(yōu)先級定義與別人不一樣，不要混淆！
在freeRTOS里面創(chuàng)建任務(wù)，注意考量下優(yōu)先級的問題，不能隨意定義優(yōu)先級！
高優(yōu)先級的任務(wù)里面創(chuàng)建低優(yōu)先級的任務(wù)是可以的；但是反過來，低優(yōu)先級任務(wù)里面創(chuàng)建高優(yōu)先級任務(wù)，也是可以的！
編寫任務(wù)的執(zhí)行函數(shù)，注意不要讓它死跑，如果沒有調(diào)用阻塞式的可以引起系統(tǒng)掛起的接口，適當(dāng)使用vTaskDelay接口讓任務(wù)讓出CPU。

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審核編輯：湯梓紅

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