​​​​摘要： 调度，Schedule 也称为 Dispatch，是操作系统的一个重要模块，它负责选择系统要处理的下一个任务。调度模块需要协调处于就绪状态的任务对资源的竞争，按优先级策略从就绪队列中获取高优先级的任务，给予资源使用权。

本文分享自华为云社区《LiteOS内核源码分析系列六-任务及调度（5）-任务LOS_Schedule》，原文作者：zhushy 。

本文我们来一起学习下 LiteOS 调度模块的源代码，文中所涉及的源代码，均可以在 LiteOS 开源站点gitee.com/LiteOS/Lite… 获取。调度源代码分布如下：

• LiteOS 内核调度源代码

包括调度模块的私有头文件 kernel\base\include\los_sched_pri.h、C 源代码文件 kernel\base\sched\sched_sq\los_sched.c，这个对应单链表就绪队列。还有个`调度源代码文件 kernel\base\sched\sched_mq\los_sched.c，对应多链表就绪队列。本文主要剖析对应单链表就绪队列的调度文件代码，使用多链表就绪队列的调度代码类似。

• 调度模块汇编实现代码

调度模块的汇编函数有 OsStartToRun、OsTaskSchedule 等，根据不同的 CPU 架构，分布在下述文件里： arch\arm\cortex_m\src\dispatch.S、arch\arm\cortex_a_r\src\dispatch.S、arch\arm64\src\dispatch.S。

本文以 STM32F769IDISCOVERY 为例，分析一下 Cortex-M 核的调度模块的源代码。我们先看看调度头文件 kernel\base\include\los_sched_pri.h 中定义的宏函数、枚举、和内联函数。

1、调度模块宏函数和内联函数

kernel\base\include\los_sched_pri.h 定义的宏函数、枚举、内联函数。

1.1 宏函数和枚举

UINT32 g_taskScheduled 是 kernel\base\los_task.c 定义的全局变量，标记内核是否开启调度，每一位代表不同的 CPU 核的调度开启状态。

⑴处定义的宏函数 OS_SCHEDULER_SET(cpuid)开启 cpuid 核的调度。⑵处宏函数 OS_SCHEDULER_CLR(cpuid)是前者的反向操作，关闭 cpuid 核的调度。⑶处宏判断当前核是否开启调度。⑷处的枚举用于标记是否发起了请求调度。当需要调度，又暂不具备调度条件的时候，标记下状态，等具备调度的条件时，再去调度。

⑴  #define OS_SCHEDULER_SET(cpuid) do {     \        g_taskScheduled |= (1U << (cpuid));  \    } while (0);⑵  #define OS_SCHEDULER_CLR(cpuid) do {     \        g_taskScheduled &= ~(1U << (cpuid)); \    } while (0);⑶  #define OS_SCHEDULER_ACTIVE (g_taskScheduled & (1U << ArchCurrCpuid()))⑷  typedef enum {        INT_NO_RESCH = 0,   /* no needs to schedule */        INT_PEND_RESCH,     /* pending schedule flag */    } SchedFlag;

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1.2 内联函数

有 2 个内联函数用于检查是否可以调度，即函数 STATIC INLINE BOOL OsPreemptable(VOID)和

STATICINLINE BOOL OsPreemptableInSched(VOID)。区别是，前者判断是否可以抢占调度时，先关中断，避免当前的任务迁移到其他核，返回错误的是否可以抢占调度状态。

1.2.1 内联函数 STATIC INLINE BOOLOsPreemptable(VOID)

我们看下 BOOLOsPreemptable(VOID)函数的源码。⑴、⑶属于关闭、开启中断，保护检查抢占状态的操作。⑵处判断是否可抢占调度，如果不能调度，则标记下是否需要调度标签为 INT_PEND_RESCH。

STATIC INLINE BOOL OsPreemptable(VOID){⑴  UINT32 intSave = LOS_IntLock();⑵    BOOL preemptable = (OsPercpuGet()->taskLockCnt == 0);    if (!preemptable) {        OsPercpuGet()->schedFlag = INT_PEND_RESCH;    }⑶  LOS_IntRestore(intSave);    return preemptable;}

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​1.2.2 内联函数 STATIC INLINE BOOLOsPreemptableInSched(VOID)

函数 STATICINLINE BOOL OsPreemptableInSched(VOID)检查是否可以抢占调度，检查的方式是判断 OsPercpuGet()->taskLockCnt 的计数，见⑴、⑵处代码。如果不能调度，则执行⑶标记下是否需要调度标签为 INT_PEND_RESCH。对于 SMP 多核，是否可以调度的检查方式，稍有不同，因为调度持有自旋锁，计数需要加 1，见代码。

STATIC INLINE BOOL OsPreemptableInSched(VOID){    BOOL preemptable = FALSE;#ifdef LOSCFG_KERNEL_SMP⑴  preemptable = (OsPercpuGet()->taskLockCnt == 1);#else⑵  preemptable = (OsPercpuGet()->taskLockCnt == 0);#endif    if (!preemptable) {⑶      OsPercpuGet()->schedFlag = INT_PEND_RESCH;    }    return preemptable;}

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​1.2.3 内联函数 STATIC INLINE VOIDLOS_Schedule(VOID)

函数 STATICINLINE VOID LOS_Schedule(VOID)用于触发触发调度。⑴处代码表示，如果系统正在处理中断，标记下是否需要调度标签为 INT_PEND_RESCH，等待合适时机再调度。然后调用 VOID OsSchedPreempt(VOID)函数，下午会分析该函数。二者的区别就是多个检查，判断是否系统是否正在处理中断。

STATIC INLINE VOID LOS_Schedule(VOID){    if (OS_INT_ACTIVE) {⑴      OsPercpuGet()->schedFlag = INT_PEND_RESCH;        return;    }    OsSchedPreempt();}

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2、调度模块常用接口

这一小节，我们看看 kernel\base\sched\sched_sq\los_sched.c 定义的调度接口，包含 VOIDOsSchedPreempt(VOID)、VOID OsSchedResched(VOID)两个主要的调度接口。两者的区别是，前者需要把当前任务放入就绪队列内，再调用后者触发调用。后者直接从就绪队列里获取下一个任务，然后触发调度去运行下一个任务。这 2 个接口都是内部接口，对外提供的调度接口是上一小节分析过的 STATIC INLINE VOID LOS_Schedule(VOID)，三者有调用关系 STATICINLINE VOID LOS_Schedule(VOID)--->VOID OsSchedPreempt(VOID)--->VOIDOsSchedResched(VOID)。

我们分析下这些调度接口的源代码。

2.1 抢占调度函数 VOID OsSchedResched(VOID)

抢占调度函数 VOIDOsSchedResched(VOID)，我们分析下源代码。

⑴验证需要持有任务模块的自旋锁。⑵处判断是否支持调度，如果不具备调度的条件，则暂不调度。⑶获取当前运行任务，从就绪队列中获取下一个高优先级的任务。验证下一个任务 newTask 不能为空，并更改其状态为非就绪状态。⑷处判断当前任务和下一个任务不能为同一个，否则返回。这种情况不会发生，当前任务肯定会从优先级队列中移除的，二者不可能是同一个。⑸更改 2 个任务的运行状态，当前任务设置为非运行状态，下一个任务设置为运行状态。⑹处如果支持多核，则更改任务的运行在哪个核。紧接着的一些代码属于调度维测信息，暂时不管。⑺处如果支持时间片调度，并且下一个新任务的时间片为 0，设置为时间片超时时间的最大值 LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE_TIMEOUT。⑻设置下一个任务 newTask 为当前运行任务，会更新全局变量 g_runTask。然后调用汇编函数 OsTaskSchedule(newTask, runTask)执行调度，后文分析该汇编函数的实现代码。

VOID OsSchedResched(VOID){    LosTaskCB *runTask = NULL;    LosTaskCB *newTask = NULL;⑴  LOS_ASSERT(LOS_SpinHeld(&g_taskSpin));⑵  if (!OsPreemptableInSched()) {        return;    }⑶  runTask = OsCurrTaskGet();    newTask = OsGetTopTask();    LOS_ASSERT(newTask != NULL);    newTask->taskStatus &= ~OS_TASK_STATUS_READY;⑷  if (runTask == newTask) {        return;    }⑸  runTask->taskStatus &= ~OS_TASK_STATUS_RUNNING;    newTask->taskStatus |= OS_TASK_STATUS_RUNNING;#ifdef LOSCFG_KERNEL_SMP⑹  runTask->currCpu = OS_TASK_INVALID_CPUID;    newTask->currCpu = ArchCurrCpuid();#endif    OsTaskTimeUpdateHook(runTask->taskId, LOS_TickCountGet());#ifdef LOSCFG_KERNEL_CPUP    OsTaskCycleEndStart(newTask);#endif#ifdef LOSCFG_BASE_CORE_TSK_MONITOR    OsTaskSwitchCheck(runTask, newTask);#endif    LOS_TRACE(TASK_SWITCH, newTask->taskId, runTask->priority, runTask->taskStatus, newTask->priority,        newTask->taskStatus);#ifdef LOSCFG_DEBUG_SCHED_STATISTICS    OsSchedStatistics(runTask, newTask);#endif    PRINT_TRACE("cpu%u (%s) status: %x -> (%s) status:%x\n", ArchCurrCpuid(),                runTask->taskName, runTask->taskStatus,                newTask->taskName, newTask->taskStatus);#ifdef LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE    if (newTask->timeSlice == 0) {⑺      newTask->timeSlice = LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE_TIMEOUT;    }#endif⑻  OsCurrTaskSet((VOID*)newTask);    OsTaskSchedule(newTask, runTask);}

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2.2 抢占调度函数 VOID OsSchedPreempt(VOID)

抢占调度函数 VOIDOsSchedPreempt(VOID)，把当前任务放入就绪队列，从队列中获取高优先级任务，然后尝试调度。当锁调度，或者没有更高优先级任务时，调度不会发生。⑴处判断是否支持调度，如果不具备调度的条件，则暂不调度。⑵获取当前任务，更改其状态为非就绪状态。

如果开启时间片调度并且当前任务时间片为 0，则执行⑶把当前任务放入就绪队列的尾部，否则执行⑷把当前任务放入就绪队列的头部，同等优先级下可以更早的运行。⑸调用函数 OsSchedResched()

去调度。

VOID OsSchedPreempt(VOID){    LosTaskCB *runTask = NULL;    UINT32 intSave;⑴  if (!OsPreemptable()) {        return;    }    SCHEDULER_LOCK(intSave);⑵  runTask = OsCurrTaskGet();    runTask->taskStatus |= OS_TASK_STATUS_READY;#ifdef LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE    if (runTask->timeSlice == 0) {⑶      OsPriQueueEnqueue(&runTask->pendList, runTask->priority);    } else {#endif⑷      OsPriQueueEnqueueHead(&runTask->pendList, runTask->priority);#ifdef LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICE    }#endif⑸  OsSchedResched();    SCHEDULER_UNLOCK(intSave);}

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2.3 时间片检查函数 VOID OsTimesliceCheck(VOID)

函数 VOIDOsTimesliceCheck(VOID)在支持时间片调度时才生效，该函数在 tick 中断函数 VOID OsTickHandler(VOID)里调用。如果当前运行函数的时间片使用完毕，则触发调度。⑴处获取当前运行任务，⑵判断 runTask->timeSlice 时间片是否为 0，不为 0 则减 1。如果减 1 后为 0，则执行⑶调用 LOS_Schedule()触发调度。

#ifdef LOSCFG_BASE_CORE_TIMESLICELITE_OS_SEC_TEXT VOID OsTimesliceCheck(VOID){⑴  LosTaskCB *runTask = OsCurrTaskGet();⑵  if (runTask->timeSlice != 0) {        runTask->timeSlice--;        if (runTask->timeSlice == 0) {⑶          LOS_Schedule();        }    }}#endif

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3、调度模块汇编函数

文件 arch\arm\cortex_m\src\dispatch.S 定义了调度的汇编函数，我们分析下这些调度接口的源代码。汇编文件中定义了如下几个宏，见注释。

.equ OS_NVIC_INT_CTRL,           0xE000ED04     ; Interrupt Control State Register，ICSR 中断控制状态寄存器.equ OS_NVIC_SYSPRI2,            0xE000ED20     ; System Handler Priority Register 系统优先级寄存器.equ OS_NVIC_PENDSV_PRI,         0xF0F00000     ; PendSV异常优先级.equ OS_NVIC_PENDSVSET,          0x10000000     ; ICSR寄存器的PENDSVSET位置1时，会触发PendSV异常.equ OS_TASK_STATUS_RUNNING,     0x0010         ; los_task_pri.h中的同名宏定义，数值也一样，表示任务运行状态，

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3.1 OsStartToRun 汇编函数

函数 OsStartToRun 在文件 kernel\init\los_init.c 中的运行函数 VOIDOsStart(VOID)启动系统阶段调用，传入的参数为就绪队列中最高优秀级的 LosTaskCB *taskCB。我们接下来分析下该函数的汇编代码。

⑴处设置 PendSV 异常优先级为 OS_NVIC_PENDSV_PRI，PendSV 异常一般设置为最低。全局变量

g_oldTask、g_runTask 定义在 arch\arm\cortex_m\src\task.c 文件内，分别记录上一次运行的任务、和当前运行的任务。⑵处代码把函数 OsStartToRun 的入参 LosTaskCB*taskCB 赋值给这 2 个全局变量。

⑶处往控制寄存器 CONTROL 写入二进制的 10，表示使用 PSP 栈，特权级的线程模式。UINT16 taskStatus 是 LosTaskCB 结构体的第二个成员变量，⑷处[r0 , #4]获取任务状态，此时寄存器 r7 数值为 0x4，即就绪状态 OS_TASK_STATUS_READY。然后把任务状态改为运行状态 OS_TASK_STATUS_RUNNING。

⑸处把[r0]的值即任务的栈指针 taskCB->stackPointer 加载到寄存器 R12，现在 R12 指向任务栈的栈指针，任务栈现在保存的是上下文，对应定义在 arch\arm\cortex_m\include\arch\task.h 中的结构体 TaskContext。往后 2 行代码把 R12 加 36+64=100，共 25 个 4 字节长度，其中包含 S16 到 S31 共 16 个 4 字节，R4 到 R11 及 PriMask 共 9 个 4 字节的长度，当前 R12 指向任务栈中上下文的 UINT32 R0 位置，如图。

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⑹处代码把任务栈上下文中的 UINT32 R0; UINT32 R1; UINT32 R2; UINT32 R3; UINT32 R12; UINT32 LR;UINT32 PC; UINT32 xPSR;的分别加载到寄存器 R0-R7，其中 R5 对应 UINT32 LR，R6

对应 UINT32PC，此时寄存器 R12 指向任务栈上下文的 UINT32 xPSR。执行⑺处指令，指针继续加 18 个 4 字节长度，即对应 S0 到 S15 及 UINT32 FPSCR; UINT32 NO_NAME 等上下文的 18 个成员。此时，寄存器 R12 指向任务栈的栈底，紧接着把寄存器 R12 写入寄存器 psp。

最后，执行⑻处指令，把 R5 写入 lr 寄存器，开中断，然后跳转到 R6 对应的上下文的 PC 对应的函数 VOIDOsTaskEntry(UINT32 taskId)，去执行任务的入口函数。

.type OsStartToRun, %function.global OsStartToRunOsStartToRun:    .fnstart    .cantunwind⑴  ldr     r4, =OS_NVIC_SYSPRI2    ldr     r5, =OS_NVIC_PENDSV_PRI    str     r5, [r4]⑵  ldr     r1, =g_oldTask    str     r0, [r1]    ldr     r1, =g_runTask    str     r0, [r1]#if defined(LOSCFG_ARCH_CORTEX_M0)    movs    r1, #2    msr     CONTROL, r1    ldrh    r7, [r0 , #4]    movs    r6,  #OS_TASK_STATUS_RUNNING    strh    r6,  [r0 , #4]    ldr     r3, [r0]    adds    r3, r3, #36    ldmfd   r3!, {r0-r2}    adds    r3, r3, #4    ldmfd   r3!, {R4-R7}    msr     psp, r3    subs    r3, r3, #20    ldr     r3,  [r3]#else⑶  mov     r1, #2    msr     CONTROL, r1⑷  ldrh    r7, [r0 , #4]    mov     r8,  #OS_TASK_STATUS_RUNNING    strh    r8,  [r0 , #4]⑸  ldr     r12, [r0]    ADD     r12, r12, #36#if !defined(LOSCFG_ARCH_CORTEX_M3)    ADD     r12, r12, #64#endif⑹  ldmfd   r12!, {R0-R7}#if !defined(LOSCFG_ARCH_CORTEX_M3)⑺  add     r12, r12, #72#endif    msr     psp, r12#if !defined(LOSCFG_ARCH_CORTEX_M3)    vpush   {s0};    vpop    {s0};#endif#endif⑻  mov     lr, r5    cpsie   I    bx      r6    .fnend

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3.2 OsTaskSchedule 汇编函数

汇编函数 OsTaskSchedule 实现新老任务的切换调度。从上文分析抢占调度函数 VOID OsSchedResched(VOID)时可以知道，传入了 2 个参数，分别是新任务 LosTaskCB *newTask 和当前运行的任务 LosTaskCB*runTask，对于 Cortex-M 核，这 2 个参数在该汇编函数中没有使用到。在执行汇编函数 OsTaskSchedule 前，全局变量 g_runTask 被赋值为要切换运行的新任务 LosTaskCB *newTask。

我们看看这个汇编函数的源代码，首先往中断控制状态寄存器 OS_NVIC_INT_CTRL 中的 OS_NVIC_PENDSVSET 位置 1，触发 PendSV 异常。执行完毕 osTaskSchedule 函数，返回上层函数抢占调度函数 VOID OsSchedResched(VOID)。PendSV 异常的回调函数是 osPendSV 汇编函数，下文会分析此函数。汇编函数 OsTaskSchedule 如下：

.type OsTaskSchedule, %function.global OsTaskScheduleOsTaskSchedule:    .fnstart    .cantunwind    ldr     r2, =OS_NVIC_INT_CTRL    ldr     r3, =OS_NVIC_PENDSVSET    str     r3, [r2]    bx      lr    .fnend

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3.3 osPendSV 汇编函数

接下来，我们分析下 osPendSV 汇编函数的源代码。⑴处把寄存器 PRIMASK 数值写入寄存器 r12，备份中断的开关状态，然后执行指令 cpsid I 屏蔽全局中断。⑵处把当前任务栈的栈指针加载到寄存器 r0。⑶处把寄存器 r4-r12 的数值压入当前任务栈，执行⑷把寄存器 d8-d15 的数值压入当前任务栈，r0

为任务栈指针。

⑸处指令把 g_oldTask 指针地址加载到 r5 寄存器，然后下一条指令把 g_oldTask 指针指向的内存地址值加载到寄存器 r1，然后使用寄存器 r0 数值更新 g_oldTask 任务的栈指针。

⑹处指令把 g_runTask 指针地址加载到 r0 寄存器，然后下一条指令把 g_runTask 指针指向的内存地址值加载到寄存器 r0。此时，r5 为上一个任务 g_oldTask 的指针地址，执行⑺处指令后，g_oldTask、g_runTask 都指向新任务。

执行⑻处指令把 g_runTask 指针指向的内存地址值加载到寄存器 r1，此时 r1 寄存器为新任务 g_runTask 的栈指针。⑼处指令把新任务栈中的数据加载到寄存器 d8-d15 寄存器，继续执行后续指令继续加载数据到 r4-r12 寄存器，然后执行⑽处指令更新 psp 任务栈指针。⑾处指令恢复中断状态，然后执行跳转指令，后续继续执行 C 代码 VOID OsTaskEntry(UINT32 taskId)进入任务执行入口函数。

.type osPendSV, %function.global osPendSVosPendSV:    .fnstart    .cantunwind⑴  mrs     r12, PRIMASK    cpsid   ITaskSwitch:⑵   mrs     r0, psp#if defined(LOSCFG_ARCH_CORTEX_M0)    subs    r0, #36    stmia   r0!, {r4-r7}    mov     r3, r8    mov     r4, r9    mov     r5, r10    mov     r6, r11    mov     r7, r12    stmia   r0!, {r3 - r7}    subs    r0, #36#else⑶   stmfd   r0!, {r4-r12}#if !defined(LOSCFG_ARCH_CORTEX_M3)⑷   vstmdb  r0!, {d8-d15}#endif#endif⑸  ldr     r5, =g_oldTask    ldr     r1, [r5]    str     r0, [r1]⑹  ldr     r0, =g_runTask    ldr     r0, [r0]    /* g_oldTask = g_runTask */⑺  str     r0, [r5]⑻  ldr     r1, [r0]#if !defined(LOSCFG_ARCH_CORTEX_M3) && !defined(LOSCFG_ARCH_CORTEX_M0)⑼  vldmia  r1!, {d8-d15}#endif#if defined(LOSCFG_ARCH_CORTEX_M0)    adds    r1,   #16    ldmfd   r1!, {r3-r7}    mov     r8, r3    mov     r9, r4    mov     r10, r5    mov     r11, r6    mov     r12, r7    subs    r1,  #36    ldmfd   r1!, {r4-r7}    adds    r1,   #20#else    ldmfd   r1!, {r4-r12}#endif⑽  msr     psp,  r1⑾  msr     PRIMASK, r12    bx      lr    .fnend

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3.4 开关中断汇编函数

分析中断源代码的时候，提到过开关中断函数 UINT32 LOS_IntLock(VOID)、UINT32LOS_IntUnLock(VOID)、VOID LOS_IntRestore(UINT32 intSave)调用了汇编函数，这些汇编函数分别是本文要分析的 ArchIntLock、ArchIntUnlock、ArchIntRestore。我们看下这些汇编代码，PRIMASK 寄存器是单一 bit 的寄存器，置为 1 后，就关掉所有可屏蔽异常，只剩下 NMI 和硬 Fault 异常可以响应。默认值是 0，表示没有关闭中断。汇编指令 cpsid I 会设置 PRIMASK=1，关闭中断，指令 cpsieI 设置 PRIMASK=0，开启中断。

⑴处 ArchIntLock 函数把寄存器 PRIMASK 数值返回并关闭中断。⑵处 ArchIntUnlock 函数把寄存器 PRIMASK 数值返回并开启中断。两个函数的返回结果可以传递给⑶处 ArchIntRestore 函数，把寄存器状态数值写入寄存器 PRIMASK，用于恢复之前的中断状态。不管是 ArchIntLock 还是 ArchIntUnlock，都可以和 ArchIntRestore 配对使用。

.type ArchIntLock, %function    .global ArchIntLock⑴  ArchIntLock:        .fnstart        .cantunwind        mrs     r0, PRIMASK        cpsid   I        bx      lr        .fnend    .type ArchIntUnlock, %function    .global ArchIntUnlock⑵  ArchIntUnlock:        .fnstart        .cantunwind        mrs     r0, PRIMASK        cpsie   I        bx      lr        .fnend    .type ArchIntRestore, %function    .global ArchIntRestore⑶  ArchIntRestore:        .fnstart        .cantunwind        msr     PRIMASK, r0        bx      lr        .fnend

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小结

本文带领大家一起剖析了 LiteOS 调度模块的源代码，包含调用接口及底层的汇编函数实现。感谢阅读，如有任何问题、建议，都可以留言给我们： gitee.com/LiteOS/Lite… 。

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