RTOS任务调度过程（上下文切换）

解析：

RTOS任务调度的机制是基于内核异常机制的，即每产生一次调度就会产生一次内核异常，那么，要了解RTOS的任务调度机制需要先明白内核的中断系统。RTOS使用其中三个特殊的异常：systick的中断、SVC异常以及PendSV异常。这三个异常是任务能跑起来的根本原因。

3.2 systick中断

Systick中断就是我们常说的滴答定时器中断，Freertos 调度器依靠滴答定时器中断不断地运行，假设每过1ms滴答定时器就会中断一次，调度器就会随着systick的中断1ms运行一次。

除了滴答定时器中断外没和还有很多其他的中断，若滴答定时器中断很频繁且优先级很高，那么有可能其他的内核中断会被频繁的打断。为了抑制这种情况的发生，RTOS中将systick的中断优先级设置为所有中断中最低的优先级（15）。这样滴答定时器就不会打乱其他任何中断执行。同样调度器运行也随着滴答定时器中断优先级，也就是说，任务切换的优先级永远低于内核其他异常。

3.3 SVC异常

我们用户也不能直接操作访问硬件设备，此时我们可以产生SVC异常请求，是用于产生调用系统函数的请求；RTOS任务切换时就会先请求SVC异常；当用户程序想要访问某个硬件时，首先触发一个SVC异常，发出对系统服务函数的调用请求，然后操作系统提供的SVC异常服务函数得到执行，该函数再调用操作硬件的系统函数，最终间接访问硬件设备。

SVC异常是必须立即得到响应的，如果因为优先级不比当前正在执行的异常高，或者其他原因导致不能立即执行，则将上访成为硬件fault。

3.4 PendSV异常

PendSV是可以挂起的异常，它和SVC协同使用，顾名思义，PendSV和SVC不同，PendSV可以像普通中断一样被挂起而延迟执行，RTOS可以利用该特点，等待其他重要任务处理完成后才执行该异常。挂起PendSV的方法是：往NVIC的PendSV挂起寄存器写1。

嵌入式实时操作系统要求能够实时快速响应处理中断请求，如果在处理中断的时候，发生一个任务切换请求，则会触发fault异常，这是不被允许的。为避免此问题，任务切换需要放在可以挂起的异常中去处理，即PendSV，并且将PendSV异常的优先级设为最低,让其处理在所有中断处理完毕后再执行，这有利于任务切换，也是嵌入式实时OS的设计关键，

3.5 上下文切换

从上面我们已经知道任务切换是依赖于内核异常的，通常我们使用中断的时候，会发现内核会自动保留现场，中断处理完就会继续中断前的任务，内核是如何知道我上一次执行到哪的呢？它是依靠自身的特殊寄存器记录下来当前程序执行到的函数地址，并把函数的形参、局部变量以及返回值保存起来，等中断处理完了，就从特殊寄存器中恢复这些信息，那么你的程序才得以无误的恢复现场。这保留现场和恢复现场的过程就叫做上下文切换。这个特殊寄存器我们称之为主栈MSP。

任务间的上下文的切换也是基于这个原理的。在创建任务前，我们都会为每个任务开辟一定大小的任务栈空间。在每次任务切换的时候我们按照系统一样将现场保存起来，然后检出高优先级任务的现场，不过这次保存任务现场的不是前面中断所用到的主栈MSP，而是我们创建任务前开辟的任务栈PSP。

MSP用于内核和异常处理

PSP用于应用任务

3.5.1 上下文切换其实就是切换栈

正如前面所说，cortex-M3具有双堆栈机制，任务创建的时候我们为每个任务设定了栈空间，这个空间用来保存任务在CPU中运行的上下文，也就是CPU中和任务执行相关的数据，如果这些数据丢了，那么任务也就没办法恢复运行了。

当我们的任务TaskA正在运行，此时比它更高优先级的TaskB需要抢占CPU的使用权，此时内核会产生一个SVC异常，OS收到请求后，做好上下文切换，并挂起PendSV异常，CPU退出SVC异常后，就进入PendSV异常，在PendSV异常里面需要做上下文切换，细节如下：

OS首先要做的是将TaskA的运行状态，运行到的函数地址，语句地址、函数的形参、局部变量以及返回值从PSP中弹出，再压入我们开辟的任务栈A中去，完成对TaskA的现场保护；然后从任务栈B中获取上一次运行TaskB的信息：运行到的函数地址，语句地址、函数的形参、局部变量以及返回值，将这些信息压入PSP中，做到TaskB的现场恢复，等退出PendSV异常后，CPU就会恢复了TaskB任务，并继续执行TaskB上一次执行到的语句。这样就完成了一次上下文切换，任务抢占（切换）成功。

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