STM32的FreeRtos初识

FreeRtos就是一个深度绑定Cortex-M内核的操作系统，它是基于systick运行的一个操作系统。

FreeRtos的设计理念就是提高CPU的使用率，利用CPU高频的特性，将一个while(1)的循环切割成多个while(1)的循环，也就是多个任务，
虽然每个任务表面上写的都是while(1)，感觉好像只能一直在这里面执行，但是FreeRTOS精髓的地方就在于，它利用了中断机制以及
PSP的管理或者其他什么的，开辟了不止一个栈，每个栈里都存放了不同的PC地址，通过修改PC的值，完成while(1)的跳转。这里有必要讲一下栈，当我们裸机开发的时候，PC指针正常跑，执行完
一条指令，指针数字+4；当中断来的时候，将8个寄存器入栈进MSP，其中就包括了PC寄存器的数值，用于保存现场。然后PC指针修改并跳转
去执行中断服务函数，当执行完之后，收到汇编的跳转指令，硬件就会把MSP中存放的数值重新赋值给寄存器，其中就包括PC寄存器，然后
程序又按照PC的值恢复执行了，这是裸机。FreeRTOS是怎么样的呢，程序正常时也是按照PC指针的位置在跑着，也是跑的while(1)循环，（有必要说明的一点是，
Cortex-M的指令执行是不经过RAM的，也就是说PC中存放的是Flash中的地址，进中断的时候也只是将这个地址在RAM中暂存一下而已），
但是这个PC指针的范围是一小段，也就是这个任务所需要的地址范围，这些是编译器负责的，当我有多个任务的时候，每个任务也就对应
了flash中的一段地址。准备工作完成了，终于可以开启RTOS的切任务了。假设目前正在执行任务A，当有中断或者其他需要打断任务A
的指令到来时，硬件直接将8个寄存器的值压入了当前SP所指的地址，也就是PSP所指的A的栈，然后切换成MSP，去到中断服务程序，
然后在中断中将PENDSV挂起，结束中断。然后进入PENDSV这个优先级最低的中断，这个时候，FREERTOS在这个中断中设置了下一个PC的地址，
并且将任务A的其余的寄存器保存到了A的栈中，然后中断结束，调用PC指针，跳转到任务B。（还是有点模糊，不知道对不对）
上面说的是通过中断的方式切换任务，还有其他的切换任务的方式，当各个任务快速有序地切换的时候，并行的操作系统就完成了，接下来再深入
讨论一下FREERTOS。

FREERTOS的核心思想是希望把一个while循环分割成好多个时间片+任务抢占优先级（跟中断优先级没有任何关系）来决定下一个执行的任务。
按照框架来看，有好几种状态，分别是就绪态，运行态，挂起态，阻塞态，延时态，只有就绪态能够通往运行态，也就是说下一个要执行的任务都在就绪态当中。
但是就绪态的任务要排队：对于任务抢占优先级的规则，数字越大优先级越高，同样优先级的排成一列。只有当高优先级的那一列都没了，才会执行次优先级的任务。
所以说，如果高优先级的任务执行完了其时间片不将它阻塞或者挂起，那么它会直接进入就绪态，等待下一次的执行，低优先级的任务就没有执行的机会。

然后再深入讨论一下FreeRTOS。这个操作系统替我们接管了CPU的寄存器，比如说PC寄存器，自从进入了系统之后，就一直是它在掌控了，我们能做的只是控制任务
在有限的范围内跳转（合理使用）。它定义了一个结构体 TCBx，这个结构体里存放了当前栈顶指针(pxTopOfStack)，当前状态链表节点(xStateListItem)，
事件链表节点(xEventListItem)，当前有效优先级，栈起始地址，任务名。这个结构体里面有两个链表节点，这个节点内部有两个指针，是用于双向链表的。我们所有的
任务都是有这么一个独立的TCB结构体，根据里面的信息，决定将其挂载到哪一个队列，而之所以能挂载，就是前面说的链表节点。回顾上文，可以知道就绪态其实是链表数组，
数组的下标决定了优先级，虽然这个就绪态使用链表有点多此一举，毕竟不能插队，但是其他的状态比如阻塞链表，挂起链表，延时链表，事件链表，那么使用链表的时间复杂度就会
低很多，能够加快整个系统的响应速度。TCB确实是非常重要，当任务切换时，需要在PENDSV中将数据压入PSP的栈，利用的也是TCB，当延时时间到来是，systick查询的也是TCB，
所以可以形象的理解，任务的切换就是将TCB这个块块从一个地方搬到另一个地方，搬到哪儿就在哪儿起作用，搬到运行态的地方任务就开始运行。

下图是TCB