FreeRTOS 列表和列表项的用途

内核调度管理

就绪列表 (Ready Lists)

每个优先级都有一个独立的就绪列表，用于管理处于就绪状态的任务。调度器通过遍历这些列表来选择最高优先级的就绪任务运行。

延迟列表 (Delayed List)

管理被延迟的任务，按唤醒时间排序。当系统时钟滴答发生时，检查并移动到期任务到就绪列表。

挂起列表 (Pending Ready List)

在调度器挂起期间变为就绪的任务临时存放在此列表，待调度器恢复时再转移到就绪列表。

事件列表

用于管理等待事件（如信号量、队列、事件组）的任务，按优先级排序。

资源管理

任务状态跟踪

通过列表管理任务的不同状态转换，确保任务在适当的时候被调度执行。

定时器管理

软件定时器使用列表来管理定时器的触发时间和执行顺序。

内存管理

某些内存分配方案使用列表来跟踪空闲内存块。

列表和列表项的概念

列表是 FreeRTOS 内核中的基础数据结构，用于管理任务和各种内核对象。所有列表都实现为双向环形链表，确保高效的插入和删除操作。

列表 (List)

列表是 FreeRTOS 中用于组织和管理多个相关项目的数据结构。每个列表包含头尾指针和项目计数，主要用于： - 就绪任务列表 - 延迟任务列表 - 挂起任务列表 - 事件等待列表

列表项 (ListItem)

列表项是列表中的基本元素，每个列表项包含前后指针和所属列表指针。列表项还包含一个排序值，用于在列表中按升序排列。

列表结构体定义

List_t 结构体

typedef struct xLIST
{
    listFIRST_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE
    volatile UBaseType_t uxNumberOfItems;
    ListItem_t * configLIST_VOLATILE pxIndex;
    MiniListItem_t xListEnd;
    listSECOND_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE
} List_t;

成员说明： - uxNumberOfItems：记录列表中列表项的数量，不含 xListEnd - pxIndex：用于遍历列表的指针，指向当前被引用的列表项 - xListEnd：列表尾标记，是一个迷你列表项 - listFIRST_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE：这两个宏是确定的已知常量，FreeRTOS通过检查这两个常量的值，来判断列表的数据在程序运行的过程中，是否遭到破坏，该功能一般用于调试，默认不开启。

ListItem_t 结构体

struct xLIST_ITEM
{
    listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE
    configLIST_VOLATILE TickType_t xItemValue;
    struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxNext;
    struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxPrevious;
    void * pvOwner;
    struct xLIST * configLIST_VOLATILE pxContainer;
    listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE
};

成员说明： - xItemValue：排序值，用于确定列表项在列表中的位置，为0xFFFFFFFF(32位) - pxNext：指向下一个列表项的指针 - pxPrevious：指向前一个列表项的指针 - pvOwner：指向拥有该列表项的对象（通常是任务控制块） - pxContainer：指向该列表项所属的列表

MiniListItem_t 结构体

typedef struct xMINI_LIST_ITEM
{
    listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE
    configLIST_VOLATILE TickType_t xItemValue;
    struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxNext;
    struct xLIST_ITEM * configLIST_VOLATILE pxPrevious;
} MiniListItem_t;

迷你列表项是简化版的列表项，主要用于列表尾标记以及挂载其他插入列表中的列表项，不包含所有者指针和容器指针。

用处

当列表为空时，我们怎么加入新项？这时候就需要这个Mini列表项，用来挂载加入列表的新元素。当列表为空时，它的两只手（Previous和Next）都指向自己。

列表操作 API

列表初始化

• vListInitialise(List_t* const pxList) - 初始化列表
• vListInitialiseItem(ListItem_t* const pxItem) - 初始化列表项

列表项操作

• vListInsert(List_t* const pxList, ListItem_t* const pxNewListItem) - 按排序值插入列表项
• vListInsertEnd(List_t* const pxList, ListItem_t* const pxNewListItem) - 在列表中当前指向列表项前插入，即插入已遍历的最末端，是一种无序插入方法。
• uxListRemove(ListItem_t* const pxItemToRemove) - 从列表中移除列表项

列表遍历

• listGET_OWNER_OF_NEXT_ENTRY() - 获取下一个列表项的所有者
• listLIST_IS_EMPTY() - 检查列表是否为空

列表的特点

排序机制

列表项按 xItemValue 值升序排列，这对于时间相关的操作（如任务延迟）非常有用。

完整性检查

当 configUSE_LIST_DATA_INTEGRITY_CHECK_BYTES 设置为 1 时，列表和列表项会包含完整性检查字节，用于检测内存损坏。

线程安全

列表操作不是原子性的，在操作列表时需要挂起调度器或使用关键段来保证线程安全。