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繼續(xù)分析鴻蒙輕內(nèi)核源碼，我們本文開(kāi)始要分析下任務(wù)及任務(wù)調(diào)度模塊。首先，我們介紹下任務(wù)棧的基礎(chǔ)概念。任務(wù)棧是高地址向低地址生長(zhǎng)的遞減棧，棧指針指向即將入棧的元素位置。初始化后未使用過(guò)的?？臻g初始化的內(nèi)容為宏OS_TASK_STACK_INIT代表的數(shù)值0xCACACACA，棧頂初始化為宏OS_TASK_MAGIC_WORD代表的數(shù)值0xCCCCCCCC。一個(gè)任務(wù)棧的示意圖如下，其中，棧底指針是棧的最大的內(nèi)存地址，棧頂指針，是棧的最小的內(nèi)存地址，棧指針從棧底向棧頂方向生長(zhǎng)。

任務(wù)上下文(Task Context)是任務(wù)及任務(wù)調(diào)度模塊的另外一個(gè)重要的概念，它指的是任務(wù)運(yùn)行的環(huán)境，例如包括程序計(jì)數(shù)器、堆棧指針、通用寄存器等內(nèi)容。在多任務(wù)調(diào)度中，任務(wù)上下文切換(Task Context Switching)屬于核心內(nèi)容，是多個(gè)任務(wù)運(yùn)行在同一CPU核上的基礎(chǔ)。在任務(wù)調(diào)度時(shí)，保存退出運(yùn)行狀態(tài)的任務(wù)使用的寄存器信息到任務(wù)棧，還會(huì)從進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)的任務(wù)的棧中讀取上下文信息，恢復(fù)寄存器信息。

下面，我們剖析下任務(wù)棧、任務(wù)棧初始化的源代碼，若涉及開(kāi)發(fā)板部分，以開(kāi)發(fā)板工程targets\cortex-m7_nucleo_f767zi_gcc\為例進(jìn)行源碼分析。首先，看下任務(wù)上下文結(jié)構(gòu)體。

1、TaskContext上下文結(jié)構(gòu)體定義

在文件kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_arch_context.h中，定義的上下文的結(jié)構(gòu)體如下，主要是浮點(diǎn)寄存器，通用寄存器。

typedef struct TagTskContext { 
#if ((defined(__FPU_PRESENT) && (__FPU_PRESENT == 1U)) && \ 
     (defined(__FPU_USED) && (__FPU_USED == 1U))) 
    UINT32 S16; 
    UINT32 S17; 
    UINT32 S18; 
    UINT32 S19; 
    UINT32 S20; 
    UINT32 S21; 
    UINT32 S22; 
    UINT32 S23; 
    UINT32 S24; 
    UINT32 S25; 
    UINT32 S26; 
    UINT32 S27; 
    UINT32 S28; 
    UINT32 S29; 
    UINT32 S30; 
    UINT32 S31; 
#endif 
    UINT32 uwR4; 
    UINT32 uwR5; 
    UINT32 uwR6; 
    UINT32 uwR7; 
    UINT32 uwR8; 
    UINT32 uwR9; 
    UINT32 uwR10; 
    UINT32 uwR11; 
    UINT32 uwPriMask; 
    UINT32 uwR0; 
    UINT32 uwR1; 
    UINT32 uwR2; 
    UINT32 uwR3; 
    UINT32 uwR12; 
    UINT32 uwLR; 
    UINT32 uwPC; 
    UINT32 uwxPSR; 
#if ((defined(__FPU_PRESENT) && (__FPU_PRESENT == 1U)) && \ 
     (defined(__FPU_USED) && (__FPU_USED == 1U))) 
    UINT32 S0; 
    UINT32 S1; 
    UINT32 S2; 
    UINT32 S3; 
    UINT32 S4; 
    UINT32 S5; 
    UINT32 S6; 
    UINT32 S7; 
    UINT32 S8; 
    UINT32 S9; 
    UINT32 S10; 
    UINT32 S11; 
    UINT32 S12; 
    UINT32 S13; 
    UINT32 S14; 
    UINT32 S15; 
    UINT32 FPSCR; 
    UINT32 NO_NAME; 
#endif 
} TaskContext; 

 2、任務(wù)棧相關(guān)函數(shù)

2.1 任務(wù)棧初始化函數(shù)

在文件kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_context.c中定義了任務(wù)棧初始化函數(shù)VOID *HalTskStackInit(t()。該函數(shù)被文件kernel\src\los_task.c中的函數(shù)UINT32 OsNewTaskInit()調(diào)用完成任務(wù)初始化，并進(jìn)一步在創(chuàng)建任務(wù)函數(shù)UINT32 LOS_TaskCreateOnly()中調(diào)用，完成新創(chuàng)建任務(wù)的任務(wù)棧初始化。

該函數(shù)使用3個(gè)參數(shù)，一個(gè)是任務(wù)編號(hào)UINT32 taskID，一個(gè)是初始化的棧的大小UINT32 stackSize，第3個(gè)參數(shù)是棧頂指針VOID *topStack。⑴處代碼把棧內(nèi)容初始化為OS_TASK_STACK_INIT，⑵處把棧頂初始化為OS_TASK_MAGIC_WORD。

⑶處代碼獲取任務(wù)上下文的指針地址TaskContext *context。對(duì)于新創(chuàng)建任務(wù)，從棧的底部開(kāi)始，大小為sizeof(TaskContext)的?？臻g存放上下文的數(shù)據(jù)。⑷處如果支持浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算，需要初始化浮點(diǎn)數(shù)相關(guān)的寄存器。⑸初始化通用寄存器，其中.uwLR初始化為(UINT32)(UINTPTR)HalSysExit。.uwPC初始化為(UINT32)(UINTPTR)OsTaskEntry，這是CPU首次執(zhí)行該任務(wù)時(shí)運(yùn)行的第一條指令的位置。這2個(gè)函數(shù)下文會(huì)分析。

⑹處返回值是指針(VOID *)taskContext，這個(gè)就是任務(wù)初始化后的棧指針，注意不是從棧底開(kāi)始了，棧底保存的是上下文，棧指針要減去上下文占用的棧大小。在棧中，從TaskContext *context指針增加的方向，依次保存上下文結(jié)構(gòu)體的第一個(gè)成員，第二個(gè)成員…另外，初始化棧的時(shí)候，除了特殊的幾個(gè)寄存器，不同寄存器的初始值雖然沒(méi)有什么意義，也有些初始化的規(guī)律。比如R2寄存器初始化為0x02020202L，R12寄存器初始化為0x12121212L初始化的內(nèi)容和寄存器編號(hào)有關(guān)聯(lián)，其余類(lèi)似。

LITE_OS_SEC_TEXT_INIT VOID *HalTskStackInit(UINT32 taskID, UINT32 stackSize, VOID *topStack) 
{ 
    TaskContext *context = NULL; 
    errno_t result; 
 
    /* initialize the task stack, write magic num to stack top */ 
⑴  result = memset_s(topStack, stackSize, (INT32)(OS_TASK_STACK_INIT & 0xFF), stackSize); 
    if (result != EOK) { 
        printf("memset_s is failed:%s[%d]\r\n", __FUNCTION__, __LINE__); 
    } 
⑵  *((UINT32 *)(topStack)) = OS_TASK_MAGIC_WORD; 
 
⑶  context = (TaskContext *)(((UINTPTR)topStack + stackSize) - sizeof(TaskContext)); 
 
#if ((defined(__FPU_PRESENT) && (__FPU_PRESENT == 1U)) && \ 
     (defined(__FPU_USED) && (__FPU_USED == 1U))) 
⑷  context->S16 = 0xAA000010; 
    context->S17 = 0xAA000011; 
    context->S18 = 0xAA000012; 
    context->S19 = 0xAA000013; 
    context->S20 = 0xAA000014; 
    context->S21 = 0xAA000015; 
    context->S22 = 0xAA000016; 
    context->S23 = 0xAA000017; 
    context->S24 = 0xAA000018; 
    context->S25 = 0xAA000019; 
    context->S26 = 0xAA00001A; 
    context->S27 = 0xAA00001B; 
    context->S28 = 0xAA00001C; 
    context->S29 = 0xAA00001D; 
    context->S30 = 0xAA00001E; 
    context->S31 = 0xAA00001F; 
    context->S0 = 0xAA000000; 
    context->S1 = 0xAA000001; 
    context->S2 = 0xAA000002; 
    context->S3 = 0xAA000003; 
    context->S4 = 0xAA000004; 
    context->S5 = 0xAA000005; 
    context->S6 = 0xAA000006; 
    context->S7 = 0xAA000007; 
    context->S8 = 0xAA000008; 
    context->S9 = 0xAA000009; 
    context->S10 = 0xAA00000A; 
    context->S11 = 0xAA00000B; 
    context->S12 = 0xAA00000C; 
    context->S13 = 0xAA00000D; 
    context->S14 = 0xAA00000E; 
    context->S15 = 0xAA00000F; 
    context->FPSCR = 0x00000000; 
    context->NO_NAME = 0xAA000011; 
#endif 
 
⑸  context->uwR4 = 0x04040404L; 
    context->uwR5 = 0x05050505L; 
    context->uwR6 = 0x06060606L; 
    context->uwR7 = 0x07070707L; 
    context->uwR8 = 0x08080808L; 
    context->uwR9 = 0x09090909L; 
    context->uwR10 = 0x10101010L; 
    context->uwR11 = 0x11111111L; 
    context->uwPriMask = 0; 
    context->uwR0 = taskID; 
    context->uwR1 = 0x01010101L; 
    context->uwR2 = 0x02020202L; 
    context->uwR3 = 0x03030303L; 
    context->uwR12 = 0x12121212L; 
    context->uwLR = (UINT32)(UINTPTR)HalSysExit; 
    context->uwPC = (UINT32)(UINTPTR)OsTaskEntry; 
    context->uwxPSR = 0x01000000L; 
 
⑹  return (VOID *)context; 
} 

 2.2 獲取任務(wù)棧水線函數(shù)

隨著任務(wù)棧入棧、出棧，當(dāng)前棧使用的大小不一定是最大值，UINT32 OsGetTaskWaterLine(UINT32 taskID)可以獲取的棧使用的最大值即水線WaterLine。該函數(shù)定義在文件kernel\src\los_task.c，它需要1個(gè)參數(shù)，即UINT32 taskID任務(wù)編號(hào)，返回值UINT32 peakUsed表示獲取的水線值，即任務(wù)棧使用的最大值。

我們?cè)敿?xì)看下代碼，⑴處代碼表示如果棧頂?shù)扔谠O(shè)置的魔術(shù)字，說(shuō)明棧沒(méi)有被溢出破壞，從棧頂開(kāi)始棧內(nèi)容被寫(xiě)滿宏OS_TASK_STACK_INIT的部分是沒(méi)有使用過(guò)的棧空間。使用臨時(shí)棧指針stackPtr指針變量依次向棧底方向增加，判斷棧是否被使用過(guò)，while循環(huán)結(jié)束，棧指針stackPtr指向最大的未使用過(guò)的棧地址。⑵處代碼獲取最大的使用過(guò)的?？臻g大小，即需要的水線。⑶處如果棧頂溢出，則返回?zé)o效值OS_NULL_INT。

該函數(shù)被kernel\base\los_task.c中的函數(shù)LOS_TaskInfoGet(UINT32 taskId, TSK_INFO_S *taskInfo)調(diào)用，獲取任務(wù)的信息。在shell模塊也會(huì)使用來(lái)或者棧信息。

UINT32 OsStackWaterLineGet(const UINTPTR *stackBottom, const UINTPTR *stackTop, UINT32 *peakUsed) 
{ 
    UINT32 size; 
    const UINTPTR *tmp = NULL; 
⑴  if (*stackTop == OS_STACK_MAGIC_WORD) { 
        tmp = stackTop + 1; 
        while ((tmp < stackBottom) && (*tmp == OS_STACK_INIT)) { 
            tmp++; 
        } 
⑵      size = (UINT32)((UINTPTR)stackBottom - (UINTPTR)tmp); 
        *peakUsed = (size == 0) ? size : (size + sizeof(CHAR *)); 
        return LOS_OK; 
    } else { 
        *peakUsed = OS_INVALID_WATERLINE; 
        return LOS_NOK; 
    } 
} 

UINT32 OsGetTaskWaterLine(UINT32 taskID) 
{ 
    UINT32 *stackPtr = NULL; 
    UINT32 peakUsed; 
 
⑴  if (*(UINT32 *)(UINTPTR)OS_TCB_FROM_TID(taskID)->topOfStack == OS_TASK_MAGIC_WORD) { 
        stackPtr = (UINT32 *)(UINTPTR)(OS_TCB_FROM_TID(taskID)->topOfStack + OS_TASK_STACK_TOP_OFFSET); 
        while ((stackPtr < (UINT32 *)(OS_TCB_FROM_TID(taskID)->stackPointer)) && (*stackPtr == OS_TASK_STACK_INIT)) { 
            stackPtr += 1; 
        } 
⑵      peakUsed = OS_TCB_FROM_TID(taskID)->stackSize - 
            ((UINT32)(UINTPTR)stackPtr - OS_TCB_FROM_TID(taskID)->topOfStack); 
    } else { 
⑶      PRINT_ERR("CURRENT task %s stack overflow!\n", OS_TCB_FROM_TID(taskID)->taskName); 
        peakUsed = OS_NULL_INT; 
    } 
    return peakUsed; 
} 

 3、任務(wù)進(jìn)入退出函數(shù)

3.1、任務(wù)退出函數(shù)

在初始化上下文的時(shí)候，鏈接寄存器設(shè)置的是函數(shù)(UINT32)(UINTPTR)HalSysExit，該函數(shù)定義在文件kernel\src\los_task.c。函數(shù)代碼里調(diào)用LOS_IntLock()關(guān)中斷，然后進(jìn)入死循環(huán)。在任務(wù)正常調(diào)度期間，該函數(shù)理論上不會(huì)被執(zhí)行。在系統(tǒng)異常時(shí)，主動(dòng)調(diào)用LOS_Panic()c觸發(fā)異常時(shí)，也會(huì)調(diào)用該函數(shù)。

LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR VOID HalSysExit(VOID) 
{ 
    LOS_IntLock(); 
    while (1) { 
    } 
} 

 3.2、任務(wù)進(jìn)入函數(shù)

在初始化上下文的時(shí)候，PC寄存器設(shè)置的是函數(shù)VOID OsTaskEntry(UINT32 taskId)，該函數(shù)定義在文件kernel\base\los_task.c，我們來(lái)分析下源代碼，⑴處代碼獲取taskCB，然后執(zhí)行⑵調(diào)用任務(wù)的入口函數(shù)。等任務(wù)執(zhí)行完畢后，執(zhí)行⑶刪除任務(wù)。通常任務(wù)入口執(zhí)行函數(shù)都是while循環(huán)，任務(wù)不執(zhí)行時(shí)，會(huì)調(diào)度到其他任務(wù)或者空閑任務(wù)，不會(huì)執(zhí)行到刪除任務(wù)階段。

LITE_OS_SEC_TEXT_INIT VOID OsTaskEntry(UINT32 taskID) 
{ 
    UINT32 retVal; 
⑴  LosTaskCB *taskCB = OS_TCB_FROM_TID(taskID); 
 
⑵  (VOID)taskCB->taskEntry(taskCB->arg); 
 
⑶  retVal = LOS_TaskDelete(taskCB->taskID); 
    if (retVal != LOS_OK) { 
        PRINT_ERR("Delete Task[TID: %d] Failed!\n", taskCB->taskID); 
    } 
} 

 小結(jié)

本文帶領(lǐng)大家一起學(xué)習(xí)了鴻蒙輕內(nèi)核的任務(wù)棧、任務(wù)上下文的基礎(chǔ)概念，剖析了任務(wù)棧初始化的代碼。后續(xù)也會(huì)陸續(xù)推出更多的分享文章，敬請(qǐng)期待。

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