【学习FreeRTOS】第8章——FreeRTOS列表和列表项

1.列表和列表项的简介

列表是 FreeRTOS 中的一个数据结构，概念上和链表有点类似，列表被用来跟踪 FreeRTOS中的任务。列表项就是存放在列表中的项目。

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列表相当于链表，列表项相当于节点，FreeRTOS 中的列表是一个双向环形链表
列表的特点：列表项间的地址非连续的，是人为的连接到一起的。列表项的数目是由后期添加的个数决定的，随时可以改变
数组的特点：数组成员地址是连续的，数组在最初确定了成员数量后期无法改变
在OS中任务的数量是不确定的，并且任务状态是会发生改变的，所以非常适用列表(链表)这种数据结构

1.1.列表的数据结构

typedef struct xLIST
{
    listFIRST_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE	/* 校验值 */
    volatile UBaseType_t 					uxNumberOfItems;			/* 列表中的列表项数量 */
   	ListItem_t * c							onfigLIST_VOLATILE pxIndex	/* 用于遍历列表项的指针 */
    MiniListItem_t 							xListEnd					/* 末尾列表项 */
    listSECOND_LIST_INTEGRITY_CHECK_VALUE	/* 校验值 */
} List_t;

在该结构体中，包含了两个宏，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过程中，是否遭到破坏，该功能一般用于调试，默认是不开启的
成员uxNumberOfItems：用于记录列表中列表项的个数（不包含 xListEnd）
成员 pxIndex：用于指向列表中的某个列表项，一般用于遍历列表中的所有列表项
成员xListEnd：是一个迷你列表项，排在最末尾

1.2.列表项的数据结构

struct xLIST_ITEM
{
    listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE	/* 用于检测列表项的数据完整性 */
    configLIST_VOLATILE 						TickType_t xItemValue				/* 列表项的值 */
    struct xLIST_ITEM * 						configLIST_VOLATILE pxNext			/* 下一个列表项 */
  	struct xLIST_ITEM * 						configLIST_VOLATILE pxPrevious		/* 上一个列表项 */
    void * 										pvOwner								/* 列表项的拥有者 */
    struct xLIST * 								configLIST_VOLATILE pxContainer; 	/* 列表项所在列表 */
   	listSECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE	/* 用于检测列表项的数据完整性 */
};
typedef struct xLIST_ITEM ListItem_t;

xItemValue为列表项的值，这个值多用于按升序对列表中的列表项进行排序
pxNext 和 pxPrevious分别用于指向列表中列表项的下一个列表项和上一个列表项
pxOwner 用于指向包含列表项的对象（通常是任务控制块）
pxContainer 用于指向列表项所在列表。

1.3.迷你列表项的数据结构

struct xMINI_LIST_ITEM
{
    listFIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE 	/* 用于检测数据完整性 */
	configLIST_VOLATILE 						TickType_t xItemValue;			/* 列表项的值 */
    struct xLIST_ITEM * 						configLIST_VOLATILE pxNext;		/* 上一个列表项 */
   	struct xLIST_ITEM * 						configLIST_VOLATILE pxPrevious; /* 下一个列表项 */
};
typedef struct xMINI_LIST_ITEM MiniListItem_t;

xItemValue为列表项的值，这个值多用于按升序对列表中的列表项进行排序（一般为0xFFFFFFFF）
pxNext 和 pxPrevious 分别用于指向列表中列表项的下一个列表项和上一个列表项
迷你列表项只用于标记列表的末尾和挂载其他插入列表中的列表项，因此不需要成员变量 pxOwner 和 pxContainer，以节省内存开销

1.4.列表、列表项、迷你列表项的关系

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2.列表相关API函数介绍

2.1.初始化列表vListInitialise()

void vListInitialise( List_t * const pxList) 
{ 
	/* 初始化时，列表中只有xListEnd，因此pxIndex指向xListEnd */ 
	pxList->pxIndex = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd ); 
	/* xListEnd的值初始化为最大值，用于列表项升序排序时，排在最后 */
	pxList->xListEnd.xItemValue = portMAX_DELAY; 
	/* 初始化时，列表中只有xListEnd，因此上一个和下一个列表项都为xListEnd本身 */ 
	pxList->xListEnd.pxNext = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd ); 
	pxList->xListEnd.pxPrevious = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd ); 
	/*初始化时，列表中的列表项数量为0（不包含xListEnd） */ 
	pxList->uxNumberOfItems = ( UBaseType_t ) 0U; 
	/* 初始化用于检测列表数据完整性的校验值 */ 
	listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_1_VALUE( pxList ); 
	listSET_LIST_INTEGRITY_CHECK_2_VALUE( pxList ); 
}

形参：待初始化列表

2.2.初始化列表项vListInitialiseItem()

void vListInitialiseItem(ListItem_t * const pxItem)
{
	/* 初始化时，列表项所在列表设为空 */
	pxItem->pxContainer = NULL;
	/* 初始化用于检测列表项数据完整性的校验值 */
	listSET_FIRST_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE( pxItem );
	listSET_SECOND_LIST_ITEM_INTEGRITY_CHECK_VALUE( pxItem );
}

形参：待初始化列表项

2.3.列表末尾插入列表项vListInsertEnd()

void vListInsertEnd(List_t * const pxList,ListItem_t * const pxNewListItem)
{
	/* 获取列表pxIndex 指向的列表项 */
	ListItem_t * const pxIndex = pxList->pxIndex;
	/* 检查参数是否正确 */
	listTEST_LIST_INTEGRITY( pxList );
	listTEST_LIST_ITEM_INTEGRITY( pxNewListItem );
	/* 更新待插入列表项的指针成员变量 */
	pxNewListItem->pxNext = pxIndex;
	pxNewListItem->pxPrevious = pxIndex->pxPrevious;
	/* 测试使用，不用理会 */
	mtCOVERAGE_TEST_DELAY();
	/* 更新列表中原本列表项的指针成员变量 */
	pxIndex->pxPrevious->pxNext = pxNewListItem;
	pxIndex->pxPrevious = pxNewListItem;
	/* 更新待插入列表项的所在列表成员变量 */
	pxNewListItem->pxContainer = pxList;
	/* 更新列表中列表项的数量 */
	( pxList->uxNumberOfItems )++;
}

形参：列表、待插入列表项
此函数用于将待插入列表的列表项插入到列表 pxIndex 指针指向的列表项前面，是一种无序的插入方法

2.4.列表插入列表项vListInsert()

void vListInsert( List_t * const pxList, ListItem_t * const pxNewListItem) 
{
	ListItem_t * pxIterator; 
	const TickType_t xValueOfInsertion = pxNewListItem->xItemValue; 
	/* 检查参数是否正确 */ 
	listTEST_LIST_INTEGRITY( pxList ); 
	listTEST_LIST_ITEM_INTEGRITY( pxNewListItem ); 
	/* 如果待插入列表项的值为最大值 */ 
	if( xValueOfInsertion == portMAX_DELAY ) { 
		/* 插入的位置为列表xListEnd前面 */ 
		pxIterator = pxList->xListEnd.pxPrevious; 
	} 
	else { 
		/* 遍历列表中的列表项，找到插入的位置 */ 
		for( 	pxIterator = ( ListItem_t * ) &( pxList->xListEnd ); 
				pxIterator->pxNext->xItemValue <= xValueOfInsertion; 
				pxIterator = pxIterator->pxNext ) 
		{} 
	} 
	/* 将待插入的列表项插入指定位置 */ 
	pxNewListItem->pxNext = pxIterator->pxNext; 
	pxNewListItem->pxNext->pxPrevious = pxNewListItem; 
	pxNewListItem->pxPrevious = pxIterator; 
	pxIterator->pxNext = pxNewListItem; 
	/* 更新待插入列表项所在列表 */ 
	pxNewListItem->pxContainer = pxList; 
	/* 更新列表中列表项的数量 */ 
	( pxList->uxNumberOfItems )++; 
}

形参：列表、待插入列表项
此函数用于将待插入列表的列表项按照列表项值升序进行排序，有序地插入到列表中

2.5.列表移除列表项uxListRemove()

UBaseType_t uxListRemove(ListItem_t * const pxItemToRemove)
{
	List_t * const pxList = pxItemToRemove->pxContainer;
	/* 从列表中移除列表项 */
	pxItemToRemove->pxNext->pxPrevious = pxItemToRemove->pxPrevious;
	pxItemToRemove->pxPrevious->pxNext = pxItemToRemove->pxNext;
	/* 测试使用，不用理会 */
	mtCOVERAGE_TEST_DELAY();
	/* 如果pxIndex 正指向待移除的列表项 */
	if( pxList->pxIndex == pxItemToRemove ){
		/* pxIndex 指向上一个列表项 */
		pxList->pxIndex = pxItemToRemove->pxPrevious;
	}
	else{
		mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
	}
	/* 将待移除列表项的所在列表指针清空 */
	pxItemToRemove->pxContainer = NULL;
	/* 更新列表中列表项的数量 */
	( pxList->uxNumberOfItems )--;
	/* 返回列表项移除后列表中列表项的数量 */
	return pxList->uxNumberOfItems;
}

形参：待移除列表项
返回值：待移除列表项移除后，所在列表剩余列表项的数量
此函数用于将列表项从列表项所在列表中移除

3.列表项的插入和删除实验

实验目的：学会对FreeRTOS 列表和列表项的操作函数使用，并观察运行结果和理论分析是否一致
实验设计：将设计三个任务：start_task、task1、task2
start_task：用来创建其他的2个任务
task1：实现LED0每500ms闪烁一次，用来提示系统正在运行
task2：调用列表和列表项相关API函数，并且通过串口输出相应的信息，进行观察

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