鸿蒙LightKernelMCore源码分析系列之六任务与任务调度（一）任务栈

更多内容请访问：与华为官方共建的鸿蒙技术社区https://harmonyos.51cto.com继续分析源码了解鸿蒙LightKernel的代码之后，我们开始分析本文的任务和任务调度模块。首先，我们介绍一下任务栈的基本概念。任务栈是一个从高地址向低地址递减的栈，栈指针指向即将入栈的元素位置。初始化后未使用的栈空间被初始化为宏OS_TASK_STACK_INIT所代表的值0xCACACACA，栈顶被初始化为宏OS_TASK_MAGIC_WORD所代表的值0xCCCCCCCC。一个任务栈的示意图如下，其中栈底指针为栈的最大内存地址，栈顶指针为栈的最小内存地址，栈指针从底部开始增长堆栈的顶部。任务上下文（TaskContext）是任务和任务调度模块的另一个重要概念，指的是任务运行的环境，包括程序计数器、堆栈指针、通用寄存器等。在多任务调度中，任务上下文切换（TaskContextSwitching）属于核心内容，是多个任务运行在同一个CPU核上的基础。任务调度时，将退出运行态的任务使用的寄存器信息保存到任务栈中，进入运行态的任务从栈中读取上下文信息恢复寄存器信息。接下来我们分析任务栈的源码和任务栈的初始化。如果涉及到开发板部分，则以开发板项目targets\cortex-m7_nucleo_f767zi_gcc\为例进行源码分析。首先，查看任务上下文结构。1、TaskContext上下文结构定义在文件kernel\arch\arm\cortex-m7\gcc\los_arch_context.h中。定义的上下文结构如下，主要是浮点寄存器和通用寄存器。typedefstructTagTskContext{#if((定义(__FPU_PRESENT)&&(__FPU_PRESENT==1U))&&\(定义(__FPU_USED)&&(__FPU_USED==1U)))UINT32S16;UINT32S17;UINT32S18;UINT32S19;UINT32S20;UINT32;S21;2UINT32UINT32S2;UINT32S25;UINT32S26;UINT32S27;UINT32S28;UINT32S29;UINT32S30;UINT32S31;#endifUINT32uwR4;UINT32uwR5;UINT32uwR6;UINT32uwR7;UINT32uwR8;UINT32uwR9;UINT32uwR10;UINT32uwR11;UINT32uwPriMask;UINT32uwR0;UINT32uwR1;UINT32uwR2;UINT32uwR3;UINT32uwR12;UINT32uwLR;UINT32uwPC;UINT32uwxPSR;#if((定义(__FPU_PRESENT)&&(__FPU_PRESENT==1U))&&\(定义(__FPU_USED)&&(__FPU_USED==1U)))UINT32S0;UINT32S1;UINT32S2;UINT32S3;UINT32S4;UINT32S5;UINT32S6;UINT32S7;UINT32S8;UINT32S9；UINT32S10；UINT32S11；UINT32S12；UINT32S13；UINT32S14；UINT32S15；UINT32FPSCR；UINT32NO_NAME；#endif}TaskContext；.c中定义了任务栈初始化函数VOID*HalTskStackInit(t())。该函数由文件kernel\src\los_task.c中的函数UINT32OsNewTaskInit()调用完成任务初始化，并在任务创建函数UINT32LOS_TaskCreateOnly()中进一步调用完成新创建任务栈的初始化任务。这个函数用了3个参数，一个是任务号UINT32taskID，一个是初始化栈的大小UINT32stackSize，第三个参数是栈顶指针VOID*topStack。⑴代码初始化栈内容为OS_TASK_STACK_INIT，⑵初始化栈顶为OS_TASK_MAGIC_WORD。⑶此处代码获取任务上下文的指针地址TaskContext*context。对于一个新创建的任务，从栈底开始，sizeof(TaskContext)的栈空间存放上下文数据。(4)如果支持浮点运算，需要初始化与浮点数相关的寄存器。⑷初始化通用寄存器，其中.uwLR初始化为(UINT32)(UINTPTR)HalSysExit。.uwPC被初始化为(UINT32)(UINTPTR)OsTaskEntry，这是CPU第一次执行任务时运行的第一条指令所在的位置。下面将对这两个函数进行分析。⑴处的返回值是指针（VOID*）taskContext，即任务初始化后的栈指针。请注意，它不是从堆栈底部开始的。栈底存放上下文，栈指针必须减去上下文占用的栈大小。在栈中，从TaskContext*context指针递增的方向，依次保存context结构体的第一个成员和第二个成员……另外，初始化栈的时候，除了几个特殊的寄存器，虽然不同寄存器的初始值没有什么意义，有一些初始化规则。例如R2寄存器初始化为0x02020202L，R12寄存器初始化为0x12121212L。初始化的内容与寄存器号有关，其他类似。LITE_OS_SEC_TEXT_INITVOID*HalTskStackInit(UINT32taskID,UINT32stackSize,VOID*topStack){TaskContext*context=NULL;errno_tresult;/*初始化taskstack,writemagicnumtostacktop*/⑴result=memset_s(topStack,stackSize,(INT32)(OS_ITSKystack!);=EOK){printf("memset_sisfailed:%s[%d]\r\n",__FUNCTION__,__LINE__);}⑵*((UINT32*)(topStack))=OS_TASK_MAGIC_WORD;⑶context=(TaskContext*)(((UINTPTR)topStack+stackSize)-sizeof(TaskContext));#if((defined(__FPU_PRESENT)&&(__FPU_PRESENT==1U))&&\(defined(__FPU_USED)&&(__FPU_USED==1U)))⑷context->S16=0xAA000010；上下文->S17=0xAA000011；上下文->S18=0xAA000012；上下文->S19=0xAA000013；上下文->S20=0xAA000014；上下文->S21=0xAA000015；上下文->S22=0xAA000016；上下文->S19=0xAA000013；上下文->S22=0xAA000016；上下文->AAS230=00x17;context->S24=0xAA000018;context->S25=0xAA000019;context->S26=0xAA00001A;context->S27=0xAA00001B;context->S28=0xAA00001C;context->S29=0xAA00001D;c上下文->S30=0xAA00001E；上下文->S31=0xAA00001F；上下文->S0=0xAA000000；上下文->S1=0xAA000001；上下文->S2=0xAA000002；上下文->S3=0xAA000003；上下文->S4=0xAA000004；上下文->S5=0xAA000005；上下文->S6=0xAA000006；上下文->S7=0xAA000007；上下文->S8=0xAA000008；上下文->S9=0xAA000009；上下文->S10=0xAA00000A；上下文->S11=0xAA00000B；上下文->S12=0xAA00000C;context->S13=0xAA00000D;context->S14=0xAA00000E;context->S15=0xAA00000F;context->FPSCR=0x00000000;context->NO_NAME=0xAA000011;#endif⑸context->uwR40context-0x04L4;>uwr5=0x050505l;context->uwr6=0x06060606l;context->uwr7=0x07070707L;context-context-->uwr8=0x08080808l;context-上下文-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;⑩return(VOID*)context;}2.2获取任务栈水线函数进出任务栈Stack，当前栈的大小不一定是最大值，通过UINT32OsGetTaskWaterLine(UINT32taskID)可以得到的栈的最大值就是水线WaterLine这个函数定义在文件kernel\src\los_task.c中，需要1个参数，即UINT32taskID任务号，返回值UINT32peakUsed表示获取到的watermark值，即任务栈使用的最大值。让我们详细看看代码。(1)处的代码表示，如果栈顶等于设置的魔法字，则说明栈没有溢出损坏。从栈顶开始用宏OS_TASK_STACK_INIT填充的栈部分是未使用的栈空间。使用临时栈指针stackPtr指针变量依次递增到栈底，判断栈是否已经被使用，while循环结束，栈指针stackPtr指向未使用的最大栈地址。(2)代码获取最大已用栈空间大小，即需要的waterline。(3)如果栈顶溢出，则返回无效值OS_NULL_INT。该函数由kernel\base\los_task.c中的函数LOS_TaskInfoGet(UINT32taskId,TSK_INFO_S*taskInfo)调用，获取任务信息。堆栈信息也用在shell模块中。UINT32OsStackWaterLineGet(constUINTPTR*stackBottom,constUINTPTR*stackTop,UINT32*peakUsed){UINT32size;constUINTPTR*tmp=NULL;⑴if(*stackTop==OS_STACK_MAGIC_WORD){tmp=stackTop+1;while((tmptopOfStack==OS_UTASK_MAGT2={stack_UINTPORD*)(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;}⑵peakUsed=OS_TCB_FROM_TID(taskID)->stackSize-((UINT32)(UINTPTR)stackPtr-OS_TCB_FROM_TID(taskID)->topOfStack);}else{⑶PRINT_ERR("CURRENTtask%sstackoverflow!\n",OS_TCB_FROM_TID(taskID)->taskName);peakUsed=OS_NULL_INT;}returnpeakUsed;}3.任务进入和退出功能3.1．任务退出函数在初始化上下文时，链接寄存器设置为函数(UINT32)(UINTPTR)HalSysExit，该函数定义在文件kernel\src\los_task.c中函数代码调用LOS_IntLock()关闭中断，然后进入无限循环。在正常的任务调度过程中，这个函数理论上是不会执行的。当系统异常时，主动调用LOS_Panic()c触发异常时，也会调用该函数。LITE_OS_SEC_TEXT_MINORVOIDHalSysExit(VOID){LOS_IntLock();while(1){}}3.2。任务入口函数在初始化上下文时，PC寄存器被设置为函数VOIDOsTaskEntry(UINT32taskId)，该函数定义在文件kernel\base\los_task.c中，我们分析一下源码，(1)处的代码得到taskCB，然后执行（2）调用任务的入口函数。任务完成后，执行（3）删除任务。通常，任务入口执行函数是一个while循环。当任务未执行时，会调度到其他任务或空闲任务，直到任务删除阶段才会执行。LITE_OS_SEC_TEXT_INITVOIDOsTaskEntry(UINT32taskID){UINT32retVal;⑴LosTaskCB*taskCB=OS_TCB_FROM_TID(taskID);⑵(作废)taskCB->taskEntry(taskCB->arg);⑶retVal=LOS_TaskDelete{(taskCB->ERTaskID);("DeleteTask[TID:%d]Failed!\n",taskCB->taskID);}}总结本文带领大家学习鸿蒙LightKernel的任务栈和任务上下文的基本概念，分析任务栈初始化代码。后续会陆续推出更多分享文章，敬请期待。更多信息请访问：Harmonyos.51cto.com，与华为官方合作打造的鸿蒙技术社区