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前言

在之前，为了实现任务的阻塞延时，在任务控制块中内置了一个延时变量 xTicks-ToDelay。每当任务需要延时的时候，就初始化 xTicksToDelay 需要延时的时间，然后将任务挂起，这里的挂起只是将任务在优先级位图表 uxTopReadyPriority 中对应的位清零，并不会将任务从就绪列表中删除。当每次时基中断（SysTick 中断）来临时，就扫描就绪列表中每个任务的 xTicksToDelay，如果 xTicksToDelay 大于 0，则递减一次，然后判断 xTicksToDelay 是否为 0，如果为 0 则表示延时时间到，将该任务就绪（即将任务在优先级位图表 uxTopReadyPriority 中对应的位置位），然后进行任务切换。这种延时的缺点是，在每个时基中断中需要对所有任务都扫描一遍，比较费时，优点是容易理解。之所以先这样讲解，是为了慢慢地过渡到对 FreeRTOS 任务延时列表的介绍。

一、任务延时列表的工作原理

在 FreeRTOS 中，有一个任务延时列表（实际上有两个，为了方便讲解原理，我们假设将二者合并为一个，其实两个延时列表的作用是一样的），当任务需要延时，则先将任务挂起，即先将任务从就绪列表中删除，然后插入任务延时列表，同时更新下一个任务的解锁时刻变量 xNextTaskUnblockTime 的值。

xNextTaskUnblockTime 的值等于系统时基计数器的值 xTickCount 加上任务需要延时的值 xTicksToDelay。当系统时基计数器 xTickCount 的值与 xNextTaskUnblockTime 相等时，就表示有任务延时到期了，需要将该任务就绪。与 RT-Thread 和 μC/OS 在解锁延时任务时要扫描定时器列表这种时间不确定的方法相比，FreeRTOS 中的 xNextTaskUnblockTime 全局变量设计得非常巧妙。

任务延时列表维护着一条双向链表，每个节点代表了正在延时的任务，节点按照延时时间大小做升序排列。当每次时基中断（SysTick 中断）来临时，就用系统时基计数器的值 xTickCount 与下一个任务的解锁时刻变量 xNextTaskUnblockTime 的值相比较，如果相等，则表示有任务延时到期，需要将该任务就绪，否则只是单纯地更新系统时基计数器 xTickCount 的值，然后进行任务切换。

二、实现任务延时列表

2.1 定义任务延时列表

任务延时列表在 task.c 中定义。

1staticList_t xDelayedTaskList1;(1)2staticList_t xDelayedTaskList2;(2)3staticList_t*volatilepxDelayedTaskList;(3)4staticList_t*volatilepxOverflowDelayedTaskList;(4)

( 1 )( 2 )：FreeRTOS 定义了两个任务延时列表，当系统时基计数器 xTickCount 没有溢出时，用一个列表，当 xTickCount 溢出后，用另外一个列表。
( 3 )：任务延时列表指针，指向 xTickCount 没有溢出时使用的列表。
( 4 )：任务延时列表指针，指向 xTickCount 溢出时使用的列表。

2.2 任务延时列表初始化

任务延时列表属于任务列表的一种，在 prvInitialiseTaskLists() 函数中初始化。

1/* 初始化任务相关的列表 */2voidprvInitialiseTaskLists(void)3{4UBaseType_t uxPriority;56/* 初始化就绪列表 */7for(uxPriority=(UBaseType_t)0U;8uxPriority<(UBaseType_t)configMAX_PRIORITIES;9uxPriority++)10{11vListInitialise(&(pxReadyTasksLists[uxPriority]));12}1314vListInitialise(&xDelayedTaskList1);15vListInitialise(&xDelayedTaskList2);1617pxDelayedTaskList=&xDelayedTaskList1;18pxOverflowDelayedTaskList=&xDelayedTaskList2;19}

就绪列表是一个数组，每个数组元素就是一个链表，所以用循环来进行初始化。
延时列表就是一个链表，所以直接初始化即可。

2.3 初始化 xNextTaskUnblockTime

xNextTaskUnblockTime 是一个在 task.c 中定义的静态变量，用于表示下一个任务的解锁时刻。xNextTaskUnblockTime 的值等于系统时基计数器的值 xTickCount 加上任务需要延时的值 xTicksToDelay。当系统时基计数器的值 xTickCount 的值与 xNextTaskUnblockTime 相等时，就表示有任务延时到期了，需要将该任务就绪。

xNextTaskUnblockTime 在 vTaskStartScheduler() 函数中初始化为 portMAX_DELAY(portMAX_DELAY 是一个 portmacro.h 中定义的宏，默认为 0xffffffffUL)

1voidvTaskStartScheduler(void)2{3/*========================== 创建空闲任务 start ==========================*/4TCB_t*pxIdleTaskTCBBuffer=NULL;5StackType_t*pxIdleTaskStackBuffer=NULL;6uint32_tulIdleTaskStackSize;78/* 获取空闲任务的内存：任务栈和任务 TCB */9vApplicationGetIdleTaskMemory(&pxIdleTaskTCBBuffer,10&pxIdleTaskStackBuffer,11&ulIdleTaskStackSize);1213xIdleTaskHandle=14xTaskCreateStatic((TaskFunction_t)prvIdleTask,15(char*)"IDLE",16(uint32_t)ulIdleTaskStackSize,17(void*)NULL,18(UBaseType_t)tskIDLE_PRIORITY,19(StackType_t*)pxIdleTaskStackBuffer,20(TCB_t*)pxIdleTaskTCBBuffer);21/*========================== 创建空闲任务 end ==========================*/2223xNextTaskUnblockTime=portMAX_DELAY;//--新增--//2425xTickCount=(TickType_t)0U;2627/* 启动调度器 */28if(xPortStartScheduler()!=pdFALSE)29{30/* 调度器启动成功，则不会返回，即不会来到这里 */31}32}

为什么要初始化成一个极大的值？
表示“当前没有任何任务处于阻塞延时状态”
防止滴答中断误判（避免无意义的开销）：
假设初始化为 0。系统刚开始运行，xTickCount 也是 0（或很小）。那么在第一次 Tick 中断时，xTickCount >= xNextTaskUnblockTime 直接成立。调度器每次中断都会去检查延时列表（Delayed List），但列表其实是空的。这不仅浪费CPU周期，还增加了系统出错的概率。设为极大值，就可以直接跳过这个检查，提升效率。
后面提到的prvAddCurrentTaskToDelayedList() 函数会比较大小然后更新 xNextTaskUnblockTime。

三、修改代码以支持任务延时列表

接下来我们在之前代码的基础上，继续迭代修改，从而实现支持任务延时列表。

3.1 修改 vTaskDelay() 函数

1voidvTaskDelay(constTickType_t xTicksToDelay)2{3TCB_t*pxTCB=NULL;45/* 获取当前任务的 TCB */6pxTCB=pxCurrentTCB;78/* 设置延时时间 */9//pxTCB->xTicksToDelay = xTicksToDelay; (1)1011/* 将任务插入延时列表 */12prvAddCurrentTaskToDelayedList(xTicksToDelay);(2)1314/* 任务切换 */15taskYIELD();16}

( 1 )：从本章开始，添加了任务的延时列表，延时时不用再依赖任务 TCB 中内置的延时变量 xTicksToDelay。
( 2 )：将任务插入延时列表。函数 prvAddCurrentTaskToDelayedList() 在 task.c 中定义，具体实现如下。

prvAddCurrentTaskToDelayedList() 函数

1staticvoidprvAddCurrentTaskToDelayedList(TickType_t xTicksToWait)2{3TickType_t xTimeToWake;45/* 获取系统时基计数器 xTickCount 的值 */(1)6constTickType_t xConstTickCount=xTickCount;78/* 将任务从就绪列表中移除 */(2)9if(uxListRemove(&(pxCurrentTCB->xStateListItem))10==(UBaseType_t)0)11{12/* 将任务在优先级位图中对应的位清除 */13portRESET_READY_PRIORITY(pxCurrentTCB->uxPriority,14uxTopReadyPriority);15}1617/* 计算任务延时到期时，系统时基计数器 xTickCount 的值是多少 */(3)18xTimeToWake=xConstTickCount+xTicksToWait;1920/* 将延时到期的值设置为节点的排序值 */(4)21listSET_LIST_ITEM_VALUE(&(pxCurrentTCB->xStateListItem),22xTimeToWake);2324/* 溢出 */(5)25if(xTimeToWake<xConstTickCount)26{27vListInsert(pxOverflowDelayedTaskList,28&(pxCurrentTCB->xStateListItem));29}30else/* 没有溢出 */31{32vListInsert(pxDelayedTaskList,33&(pxCurrentTCB->xStateListItem));(6)3435/* 更新下一个任务解锁时刻变量 xNextTaskUnblockTime 的值 */(7)36if(xTimeToWake<xNextTaskUnblockTime)37{38xNextTaskUnblockTime=xTimeToWake;39}40}4142}

（1）：获取系统时基计数器 xTickCount 的值，xTickCount 是一个在 task.c 中定义的全局变量，用于记录 SysTick 的中断次数。

（2）：调用函数 uxListRemove() 将任务从就绪列表中移除，uxListRemove() 会返回当前链表下节点的个数，如果为 0，则表示当前链表下没有任务就绪，那么将调用函数 portRESET_READY_PRIORITY() 将任务在优先级位图表 uxTopReadyPriority 中对应的位清除。因为 FreeRTOS 支持同一个优先级下可以有多个任务，所以在清除优先级位图表 uxTopReadyPriority 中对应的位时要判断该优先级下的就绪列表是否还有其他任务。到目前为止，我们还没有实现支持同一个优先级下有多个任务的功能，这个功能我们将在第 10 章实现。

（3）：计算任务延时到期时，系统时基计数器 xTickCount 的值是多少。

（4）：将任务延时到期的值设置为节点的排序值。将任务插入延时列表时就是根据这个值来做升序排列的，最先延时到期的任务排在最前面。

（5）：xTimeToWake 溢出，将任务插入溢出任务延时列表。溢出是什么意思？xTimeToWake 等于系统时基计数器 xTickCount 的值加上任务需要延时的时间 xTicks-ToWait。例如，如果当前 xTickCount 的值等于 0xffffffffUL，xTicksToWait 等于 0x03，那么 xTimeToWake = 0xffffffffUL + 0x03 = 1，显然得出的值比任务需要延时的时间 0x03 还小，这肯定不正常，说明溢出了，这个时候需要将任务插入溢出任务延时列表。

（6）：xTimeToWake 没有溢出，则将任务插入正常任务延时列表。

（7）：更新下一个任务解锁时刻变量 xNextTaskUnblockTime 的值。这一步很重要，在 xTaskIncrementTick() 函数中，我们只需要让系统时基计数器 xTickCount 与 xNextTaskUnblockTime 的值先进行比较，就可以知道延时最快结束的任务是否到期。

3.2 修改 xTaskIncrementTick() 函数

对 xTaskIncrementTick() 函数的改动较大，具体参见代码清单 9-6 。

代码清单 9-6 xTaskIncrementTick() 函数

1voidxTaskIncrementTick(void)2{3TCB_t*pxTCB;4TickType_t xItemValue;56constTickType_t xConstTickCount=xTickCount+1;(1)7xTickCount=xConstTickCount;89/* 如果 xConstTickCount 溢出，则切换延时列表 */(2)10if(xConstTickCount==(TickType_t)0U)11{12taskSWITCH_DELAYED_LISTS();13}1415/* 最近的延时任务延时到期 */(3)16if(xConstTickCount>=xNextTaskUnblockTime)17{18for(;;)19{20if(listLIST_IS_EMPTY(pxDelayedTaskList)!=pdFALSE)(4)21{22/* 延时列表为空，设置 xNextTaskUnblockTime 为可能的最大值 */23xNextTaskUnblockTime=portMAX_DELAY;24break;25}26else/* 延时列表不为空 */(5)27{28pxTCB=(TCB_t*)listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY(pxDelayedTaskList);29xItemValue=listGET_LIST_ITEM_VALUE(&(pxTCB->xStateListItem));3031/* 直到将延时列表中所有延时到期的任务移除才跳出 for 循环 */(6)32if(xConstTickCount<xItemValue)33{34xNextTaskUnblockTime=xItemValue;35break;36}3738/* 将任务从延时列表中移除，解除等待状态 */(7)39(void)uxListRemove(&(pxTCB->xStateListItem));4041/* 将解除等待的任务添加到就绪列表 */(8)42prvAddTaskToReadyList(pxTCB);43}44}45}/* xConstTickCount >= xNextTaskUnblockTime */4647/* 任务切换 */48portYIELD();(10)49}

代码清单 9-6 ( 1 )：更新系统时基计数器 xTickCount 的值。
代码清单 9-6 ( 2 )：如果系统时基计数器 xTickCount 溢出，则切换延时列表。taskSWITCH_DELAYED_LISTS() 函数在 task.c 中定义，具体实现参见代码清单 9-7。

代码清单 9-7 taskSWITCH_DELAYED_LISTS() 函数

1#definetaskSWITCH_DELAYED_LISTS()\2{\3List_t*pxTemp;\4pxTemp=pxDelayedTaskList;\(1)5pxDelayedTaskList=pxOverflowDelayedTaskList;\6pxOverflowDelayedTaskList=pxTemp;\7xNumOfOverflows++;\8prvResetNextTaskUnblockTime();\(2)9}

代码清单 9-7 ( 1 )：切换延时列表，实际就是更换 pxDelayedTaskList 和 pxOverflowDelayedTaskList 这两个指针的指向。
代码清单 9-7 ( 2 )：复位 xNextTaskUnblockTime 的值。prvResetNextTaskUnblockTime() 函数在 task.c 中定义，具体实现参见代码清单 9-8。

代码清单 9-8 prvResetNextTaskUnblockTime() 函数

1staticvoidprvResetNextTaskUnblockTime(void)2{3TCB_t*pxTCB;45if(listLIST_IS_EMPTY(pxDelayedTaskList)!=pdFALSE)6{7/* 当前延时列表为空，则设置 xNextTaskUnblockTime 等于最大值 */8xNextTaskUnblockTime=portMAX_DELAY;9}10else11{12/* 当前列表不为空，表示有任务在延时，则获取当前列表下第一个节点的排序值 13 然后将该节点的排序值更新到 xNextTaskUnblockTime */14(pxTCB)=(TCB_t*)listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY(pxDelayedTaskList);15xNextTaskUnblockTime=listGET_LIST_ITEM_VALUE(&((pxTCB)->xStateListItem));16}17}

代码清单 9-6 ( 3 )：有任务延时到期，则进入下面的 for 循环，一一将这些延时到期的任务从延时列表中移除。
代码清单 9-6（4）：延时列表为空，则将 xNextTaskUnblockTime 设置为最大值，然后跳出 for 循环。
代码清单 9-6（5）：延时列表不为空，则需要将延时列表中延时到期的任务删除，并将它们添加到就绪列表。
代码清单 9-6（6）：取出延时列表第一个节点的排序辅助值。
代码清单 9-6（7）：直到将延时列表中所有延时到期的任务移除才跳出 for 循环。延时列表中有可能存在多个延时相等的任务。
代码清单 9-6（8）：将任务从延时列表中移除，解除等待状态。
代码清单 9-6（9）：将解除等待的任务添加到就绪列表。
代码清单 9-6（10）：执行一次任务切换。

3.3 修改 taskRESET_READY_PRIORITY() 函数

在没有添加任务延时列表之前，与任务相关的列表只有一个，就是就绪列表，无论任务处于延时状态还是就绪状态，都只能通过扫描就绪列表来找到任务的 TCB，从而实现系统调度。所以在第 8 章中实现 taskRESET_READY_PRIORITY() 函数时，不用先判断当前优先级下就绪列表中的链表的节点是否为 0，而是直接把任务在优先级位图表 uxTopReadyPriority 中对应的位清零。因为当前优先级下就绪列表中的链表的节点不可能为 0，目前我们还没有添加其他列表来存放任务的 TCB，只有一个就绪列表。

但是从本章开始，我们额外添加了延时列表，当任务要延时时，将任务从就绪列表移除，然后添加到延时列表，同时将任务在优先级位图表 uxTopReadyPriority 中对应的位清除。当清除任务在优先级位图表 uxTopReadyPriority 中对应的位时，与之前不同的是需要判断就绪列表 pxReadyTasksLists[] 在当前优先级下对应的链表的节点是否为 0，只有当该链表下没有任务时，才真正地将任务在优先级位图表 uxTopReadyPriority 中对应的位清零。

taskRESET_READY_PRIORITY() 函数的具体修改如下。

taskRESET_READY_PRIORITY() 函数

1#if1/* 本章的实现方法 */2#definetaskRESET_READY_PRIORITY(uxPriority)\3{\4if(listCURRENT_LIST_LENGTH(&(pxReadyTasksLists[(uxPriority)]))==(UBaseType_t)0)\5{\6portRESET_READY_PRIORITY((uxPriority),(uxTopReadyPriority));\7}\8}9#else/* 之前的实现方法 */10#definetaskRESET_READY_PRIORITY(uxPriority)\11{\12portRESET_READY_PRIORITY((uxPriority),(uxTopReadyPriority));\13}14#endif

main函数无改动

四、易错点

1.FreeRTOS 的任务延时列表并非简单的“按时间排队”，双延时链表的存在是为了让溢出判断在插入时刻一次性完成，而不是在每一次 Tick 中断中做全表扫描。

2.xNextTaskUnblockTime更新：

• 插入新延时任务时：如果 xTimeToWake < xNextTaskUnblockTime，则更新。

• 唤醒到期任务后：通常从链表头部取新的最早唤醒时间；如果链表为空，则设为 portMAX_DELAY。

• 链表切换时：taskSWITCH_DELAYED_LISTS 中调用 prvResetNextTaskUnblockTime() 重新取值。