LiteOS 内核源码分析：任务 LOS_Schedule

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发布于: 2021 年 04 月 06 日

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https://gitee.com/LiteOS/LiteOS 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;    }#endif
⑻  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    }#endif
⑸  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。

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, r1
⑷  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#endif
⑹  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#endif
⑻  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   I
TaskSwitch: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,  r1
⑾  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： https://gitee.com/LiteOS/LiteOS/issues 。

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发布于: 2021 年 04 月 06 日阅读数: 26

原文链接:【http://xie.infoq.cn/article/02240dcfbab78a5ce76d79bc3】。文章转载请联系作者。

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LiteOS 内核源码分析：任务 LOS_Schedule

1、调度模块宏函数和内联函数

1.1 宏函数和枚举

1.2 内联函数

2、调度模块常用接口

2.1 抢占调度函数 VOID OsSchedResched(VOID)

2.2 抢占调度函数 VOID OsSchedPreempt(VOID)

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

3、调度模块汇编函数

3.1 OsStartToRun 汇编函数

3.2 OsTaskSchedule 汇编函数

3.3 osPendSV 汇编函数

3.4 开关中断汇编函数

小结

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