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通过BUG(prvIdleTask、pxTasksWaitingTerminatio不断跳转问题)了解空闲函数(prvIdleTask)和TCB

news 2025/6/7 8:57:34

一、前言与问题

在基于 FreeRTOS 的嵌入式系统中，我使用 STM32F1 开发一个 MQTT 客户端应用，涉及两个主要任务：

ATRecvParser：负责解析 Wi-Fi 模块的 AT 命令响应（如 OK、ERROR 和 +IPD 数据）。
MQTT_Client_Task：通过 MQTT 协议连接服务器，订阅主题并发布消息。

在运行过程中，程序出现以下异常：

调用栈跳转：调试器显示程序在 prvIdleTask（空闲任务）和 prvCheckTasksWaitingTermination（FreeRTOS 内部清理函数）之间反复跳转，无法正常运行。
TCB 异常：任务控制块（TCB）的 pxTCB 值显示为 0xA5A5A5A5（未初始化值），表明 TCB 可能损坏。

二、了解空闲任务prvIdleTask、pxTasksWaitingTerminatio、TCB

1、什么是空闲任务-----prvIdleTask

1.调用时间

在没有其他任务可运行时（没有任何其他任务处于就绪态时）保持 CPU 忙碌

2.调用例子：

系统中有三个任务：defaultTask、ATRecvParser 和 MQTT_Client_Task。

defaultTask 调用 osDelay(1)，几乎一直处于阻塞态。
ATRecvParser 因 HAL_AT_Secv 阻塞。
MQTT_Client_Task 已删除，不再调度。

此时，当系统中无其他就绪任务时，调度器将 CPU 分配给 prvIdleTask。

3.特征

自动创建，优先级最低（通常为 0）。
prvIdleTask 是一个无限循环任务，包含 for(;;) 循环，定期检查系统状态。
执行低优先级操作（如电源管理钩子）。
调用 prvCheckTasksWaitingTermination 清理已删除任务。
（避免进入低功耗模式，视配置而定）。

二、什么是pxTasksWaitingTerminatio

prvCheckTasksWaitingTermination：
- 这是 FreeRTOS 内部函数（定义在 tasks.c 中），负责检查并清理 pxTasksWaitingTermination 列表中的已删除任务。
- 当任务被 vTaskDelete 标记为待删除时，FreeRTOS 将其 TCB 加入该列表。prvCheckTasksWaitingTermination 会释放 TCB 和栈内存，但前提是任务列表有效且资源可用。
- 如果 TCB 指针无效或列表遍历出错，函数可能进入死循环或异常状态。

关系：

prvIdleTask 是 prvCheckTasksWaitingTermination 的调用者之一。空闲任务在系统空闲时运行，负责清理工作，因此当 MQTT_Client_Task 删除后，prvIdleTask 会尝试调用 prvCheckTasksWaitingTermination。

三、TCB

TCB（Task Control Block，任务控制块） 是 FreeRTOS 中用于管理任务的核心数据结构。它存储了一个任务的所有关键信息，以便 FreeRTOS 调度器能够正确地创建、调度、暂停或删除任务。TCB 包含以下主要内容：任务的栈指针。任务状态：如运行态、就绪态、阻塞态等。任务优先级：决定调度顺序。任务名称：用于调试。

以下是一个TCB的内容：在这里展现的是一个损坏的TCB，正常 TCB：pxTCB 应为有效地址（如 0x20001000），pxTopOfStack 指向栈顶，xStateListItem 包含有效列表项。

问题：

每个任务都有一个独立的 TCB。那我上面的prvCheckTasksWaitingTermination();有不是一个任务，为什么可以看见他的TCB？

pxTCB 并不是 prvCheckTasksWaitingTermination 自己的 TCB（因为它不是任务），而是它正在处理的某个已删除任务（如 MQTT_Client_Task）的 TCB。
FreeRTOS 的 TCB 是动态分配的，当任务删除时，TCB 被加入 pxTasksWaitingTermination，等待清理。prvCheckTasksWaitingTermination 从列表中取出 TCB，赋值给局部变量 pxTCB 进行处理。