嵌入式FreeRTOS学习六，FreeRTOS中CPU寄存器与RAM内存和Flash之间的数据传输,以及栈空间的作用

一.经典的单片机程序和RTOS任务机制的区别

//经典的单片机程序
void main()
{
 while(1)
  {
    喂一口饭（）；
    回复一个信息（）；
  }
}

单片机程序任务

//RTOS程序
喂饭（）
{
    while(1)
      {
       喂一口饭（）；
      }
}

回复信息（）
{
    while(1)
      {
       回复一个信息（）；
      }
}
void main（）
{
  creste_task(喂饭);
  creste_task(回信息);
  star_scheduler();
      while(1)
      {
             sleep（）；
      }
}

RTOS程序任务

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二.什么叫任务？

任务就是运行起来的函数，没有运行的任务就是一份程序文件，保存在flssh中;任务构成要素有三个，第一是运行的代码，第二是代码运行的位置，第三是代码运行的环境，比如运行过程中需要系统保存的各种局部变量等，我们称之为运行环境。

三.那么怎么暂停/恢复任务？

第一是记住函数运行的位置；
第二是任务暂停时刻变量的值不能被破坏；
第三是其它一些东西

如果任务只是一份代码，我们根本不需要保存它，因为代码保存在flash中，任务暂停/恢复等根本不会破坏flash中的代码。

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什么是函数运行环境？以下面的函数为例：

void add_val(int *pa,int *pb)
{  
   volatile int tmp;
   tmp = *pa;
   tmp = tmp +*pb;
   *pa = tmp;
}
int main（void）
{
  int a =1;
  int b =2;
  add_value(&a，&b);
  prvSetupHardware()；

  xTaskCreate(vTask1,"Task1",1000,NULL,0,NULL);
  xTaskCreate(vTask1,"Task1",1000,NULL,0,NULL);
  xTaskCreate(vTask1,"Task1",1000,NULL,0,NULL);
  
  /*启动调度器*/
  vTaskStartScheduler();
}

四.认识ARM架构STM32F407

要深入了解FreeRTOS操作系统，就要有汇编知识的基础和ARM架构的基础，补充ARM架构知识，以STM32F103芯片为例。

STM32F103又被称之为SOC：systom on chip;

1.SOC里有内存，有flash，还有UATR等各种模块，程序运行的时候，代码存储在flash中，用J-link,ST-link专用烧写工具烧写，这样代码不会被轻易破坏，CPU从flash中读取指令进行执行，flash 能很好地保存程序的完整性。

2.CPU和内存的关系，CPU可以把数据写进去，也可以把数据读出来，例如执行a=a+b这个运算关系时，会进行下面操作：

把RAM内存中的数据a读取出来；
把RAM内存中的数据b读取出来；
在CPU中有计算单元，在里面执行a+b的计算操作；
计算出来的结果写入到a的位置

那么从内存中把a,b的值读出来，读到CPU里面的什么地方保存呢？怎么从ARM 中读取数据值呢？这些需要我们对CPU的结构有一定的了解，以下是CPU的内部结构。

CPU 里面有很多的寄存器组，用于保存从ARM中读取进来的值。此外 CPU 内还有一块 ROM，固化了一段启动代码，作用就是读取配置字节或 GPIO 状态确定启动哪些外设、搜索可用于启动的设备、从外设读出数据放到内存做第 1 阶段的引导。所以从ARM里面读取数据的流程为：

读flah,得到flah里面的指令代码；
执行指令，即上述的读ARM内存的过程；

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五.简单的汇编指令

深入了解RTOS操作系统的工作机制，必须知道任务中变量的赋值，变化，保存的机制，这就必须对寄存器和汇编语言有一定的了解掌握。

上述的加法代码示例中涉及到的汇编指令有汇编加指令ADD，汇编读指令LDR，汇编写指令STR;
从flash中读取代码后，就对ARM内存进行相应的读，写操作；LDR RO [addrA]为从addrA地址读取数据保存到R0寄存器中；addrA为源地址，RO为目标地址。

CPU内部，有 R0,R1,R2,...,R13,R14,R15为CPU内部的寄存器组，其中R13别名SP，为CPU里的栈；R14别名LR，为返回地址；R13别名PC，为当前指令的返回地址；PUSH指令为入栈和POP指令为出栈。

PUSH { R3,LR }写入内存，将寄存器的值写入到SP指定位置的RAM内存中的位置上去；
POP { R3,PC }读出内存，将SP指定位置的RAM内存上的值读到寄存器上去，注意，高位寄存器对应的地址为高地址，低位寄存器对应的地址为低地址；

下面是加法程序转变的汇编程序代码

PUSH { R3,LR }，将高位寄存器LR放入SP指向的地址中，同时SP指针向下移动 4个字节，SP=SP-4,再将低位寄存器R3放入,SP=SP-4。

POP { R3,PC }读出RAM内存中的值赋值给寄存器，将SP指向位置的值取出赋值给低位寄存器R3，同时指针往上移动四个字节，SP=SP+4，将视频指向位置的值赋值给高位寄存器PC

汇编代码大致的处理过程如下：

注意：

1.第一个参数通常保存在R0中，第二个参数通常保存在R1中，依此类推；

2.PUSH { R3,LR }，将R3,LR寄存器入栈；LR等于下一条指令的地址

3. LDR r2,[r0,#0x00] 等价于r2= r0+0=a=1

STR r2,[sp,#0x00] 等价于tmp = sp=r2=a=1，因为SP指向的就是R3的地址，局部变量保存在栈中，SP指向的地址也就是局部变量的地址；这两句话的意思为去&a 的地址上读取数据，保存在r2里面，再将r2的值放入临时变量tmp中；

4.CPU计算流程

LDR r2,[r1,0x00] 等价于r2= r1+0=b=2

LDR r3,[sp,0x00] 等价于r3= sp+0=tmp=1

ADD r2, r2, r3 等价于r2= r2+r3=2+1= 1

STR r2, [sp,0x00] 等价于tmp=sp+0=r2=3

LDR r2 [sp,0x00] 等价于r2= sp+0=tmp

STR r2 [r0,ox00] 等价于r2= sp+0=a

5.出栈的过程

POP{r3,pc},这个过程就是读内存，然后把sp指向位置的值赋值给r3,pc
r3 = [ sp ],sp = sp +4
pc = [sp ],sp = sp +4

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这就是加法函数在CPU寄存器和RAM内存中的执行过程，实现了a=a+b的功能，接下来我们可以假设函数在执行a=a+b的过程中发生了中断，中断任务结束后回到断点继续执行中断前的那个任务，那么freertos是怎么保存中断前的数据的呢？具体保存什么数据？保存在哪里？