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摘要：LiteOS 工作栈是高地址向低地址成长的递加栈，栈指针指向行将入栈的元素地位。
本文分享自华为云社区《LiteOS 内核源码剖析系列六 - 工作及调度（2）- 工作 LOS_Task》，原文作者：zhushy。
咱们介绍下 LiteOS 工作栈的根底概念。LiteOS 工作栈是高地址向低地址成长的递加栈，栈指针指向行将入栈的元素地位。初始化后未应用过的栈空间初始化的内容为宏 OS_STACK_INIT 代表的数值 0xCACACACA，栈顶初始化为宏 OS_STACK_MAGIC_WORD 代表的数值 0xCCCCCCCC。一个工作栈的示意图如下，其中，栈底指针是栈的最大的内存地址，栈顶指针，是栈的最小的内存地址，栈指针从栈底向栈顶方向成长。
1、LOS_StackInfo 工作栈构造体定义
typedef struct {
VOID *stackTop; // 栈顶指针
UINT32 stackSize; // 栈大小
CHAR *stackName; // 栈名称
} StackInfo;另外定义了一个宏函数 OS_STACK_MAGIC_CHECK(topstack)用于检测栈是否无效，当栈顶等于 OS_STACK_MAGIC_WORD 栈是失常的，没有溢出，否则栈顶被改写，产生栈溢出。
/* 1: 无效失常的栈 0: 有效，产生溢出的栈 */
#define OS_STACK_MAGIC_CHECK(topstack) (*(UINTPTR *)(topstack) == OS_STACK_MAGIC_WORD)2、LOS_StackInfo 工作栈反对的操作
2.1 工作栈初始化
栈初始化函数 VOID OsStackInit()应用 2 个参数，一个是栈顶指针 VOID *stacktop，一个是初始化的栈的大小。把栈内容初始化为 OS_STACK_INIT，把栈顶初始化为 OS_STACK_MAGIC_WORD。
该函数被 archarmcortex_msrctask.c 的 OsTaskStackInit(UINT32 taskId, UINT32 stackSize, VOID topStack) 办法调用，进一步被创立工作时的 OsTaskCreateOnly()办法调用，实现新创建工作的工作栈初始化。
VOID OsStackInit(VOID *stacktop, UINT32 stacksize)
{(VOID)memset_s(stacktop, stacksize, (INT32)OS_STACK_INIT, stacksize);
*((UINTPTR *)stacktop) = OS_STACK_MAGIC_WORD;
}2.2 获取工作栈水线
随着工作栈入栈、出栈，以后栈应用的大小不肯定是最大值，OsStackWaterLineGet()能够获取的栈应用的最大值即水线 WaterLine。
该函数须要 3 个参数，UINTPTR stackBottom 是栈底指针，const UINTPTR stackTop 栈顶指针，UINT32 *peakUsed 用于返回获取的水线值，即工作栈应用的最大值。
⑴处代码示意如果 *stackTop == OS_STACK_MAGIC_WORD，阐明栈没有被溢出毁坏，从栈顶开始栈内容被写满宏 OS_STACK_INIT 的局部是没有应用过的栈空间。应用 tmp 指针变量顺次向栈底方向减少，判断栈是否被应用过，while 循环完结，栈指针 tmp 指向最大的未应用过的栈地址。⑵处代码应用栈底指针 stackBottom 减去 tmp，获取最大的应用过的栈空间大小，即须要的水线。⑶处如果栈顶溢出，则返回有效值 OS_INVALID_WATERLINE。
该函数被 kernelbaselos_task.c 中的函数 LOS_TaskInfoGet(UINT32 taskId, TSK_INFO_S *taskInfo)调用，获取工作的信息。在 shell 模块也会应用来或者栈信息。
UINT32 OsStackWaterLineGet(const UINTPTR *stackBottom, const UINTPTR *stackTop, UINT32 *peakUsed)
{
UINT32 size;
const UINTPTR *tmp = NULL;
⑴ if (*stackTop == OS_STACK_MAGIC_WORD) {
tmp = stackTop + 1;
while ((tmp < stackBottom) && (*tmp == OS_STACK_INIT)) {tmp++;}
⑵ size = (UINT32)((UINTPTR)stackBottom - (UINTPTR)tmp);
*peakUsed = (size == 0) ? size : (size + sizeof(CHAR *));
return LOS_OK;
} else {
*peakUsed = OS_INVALID_WATERLINE;
return LOS_NOK;
}
}3、LOS_Task 工作栈初始化
咱们以 AArch32 Cortex- M 核为例，分析下工作栈初始化的过程，相干代码散布在 archarmcortex_mincludearchtask.h、archarmcortex_msrctask.c。首先看下工作上下文。
3.1 TaskContext 上下文构造体定义
工作上下文（Task Context）指的是工作运行的环境，例如包含程序计数器、堆栈指针、通用寄存器等内容。在多任务调度中，工作上下文切换（Task Context Switching）属于核心内容，是多个工作运行在同一 CPU 核上的根底。LiteOS 内核中，上下文的构造体定义如下：
typedef struct tagContext {#if ((defined (__FPU_PRESENT) && (__FPU_PRESENT == 1U)) &&
(defined (__FPU_USED) && (__FPU_USED == 1U)))
UINT32 S16;
UINT32 S17;
UINT32 S18;
UINT32 S19;
UINT32 S20;
UINT32 S21;
UINT32 S22;
UINT32 S23;
UINT32 S24;
UINT32 S25;
UINT32 S26;
UINT32 S27;
UINT32 S28;
UINT32 S29;
UINT32 S30;
UINT32 S31;
#endif
UINT32 R4;
UINT32 R5;
UINT32 R6;
UINT32 R7;
UINT32 R8;
UINT32 R9;
UINT32 R10;
UINT32 R11;
UINT32 PriMask;
UINT32 R0;
UINT32 R1;
UINT32 R2;
UINT32 R3;
UINT32 R12;
UINT32 LR;
UINT32 PC;
UINT32 xPSR;
#if ((defined (__FPU_PRESENT) && (__FPU_PRESENT == 1U)) &&
(defined (__FPU_USED) && (__FPU_USED == 1U)))
UINT32 S0;
UINT32 S1;
UINT32 S2;
UINT32 S3;
UINT32 S4;
UINT32 S5;
UINT32 S6;
UINT32 S7;
UINT32 S8;
UINT32 S9;
UINT32 S10;
UINT32 S11;
UINT32 S12;
UINT32 S13;
UINT32 S14;
UINT32 S15;
UINT32 FPSCR;
UINT32 NO_NAME;
#endif
} TaskContext;3.2 LOS_Task 工作栈初始化
上文中提到在创立工作的时候，会应用 VOID OsTaskStackInit()函数初始化工作栈。咱们剖析下函数代码，它须要 3 个参数，UINT32 taskId 待创立工作的编号，UINT32 stackSize 工作栈的大小，VOID topStack 工作栈的栈顶指针。
⑴处代码调用 OsStackInit()函数初始化栈，初始化栈内容和栈顶为魔术字。⑵处代码获取工作上下文的指针地址 TaskContext taskContext，栈的底部大小为 sizeof(TaskContext)的栈空间寄存上下文的数据。⑶处如果反对浮点数计算，须要初始化浮点数相干的寄存器。⑷初始化通用寄存器，其中 LR 初始化为(UINT32)OsTaskExit，PC 初始化为(UINT32)OsTaskEntry，CPU 首次执行该工作时运行的第一条指令的地位，这 2 个函数下文会剖析。⑸处返回值是指针(VOID )taskContext，这个就是工作初始化后的栈指针，留神不是从栈底开始了，栈底保留的是上下文，栈指针要减去上下文占用的栈大小。
在栈中，从 TaskContext *taskContext 指针减少的方向，顺次保留上下文构造体的第一个成员，第二个成员…另外，初始化栈的时候，除了非凡的几个寄存器，不同寄存器的初始值没有什么意义，也有些初始化的法则。比方 R2 寄存器初始化为 0x02020202L，R12 寄存器初始化为 0x12121212L 初始化的内容和寄存器编号有关联，其余相似。
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT VOID *OsTaskStackInit(UINT32 taskId, UINT32 stackSize, VOID *topStack)
{
TaskContext *taskContext = NULL;
⑴ OsStackInit(topStack, stackSize);
⑵ taskContext = (TaskContext *)(((UINTPTR)topStack + stackSize) - sizeof(TaskContext));
#if ((defined (__FPU_PRESENT) && (__FPU_PRESENT == 1U)) &&
⑶ (defined (__FPU_USED) && (__FPU_USED == 1U)))
taskContext->S16 = 0xAA000010;
taskContext->S17 = 0xAA000011;
taskContext->S18 = 0xAA000012;
taskContext->S19 = 0xAA000013;
taskContext->S20 = 0xAA000014;
taskContext->S21 = 0xAA000015;
taskContext->S22 = 0xAA000016;
taskContext->S23 = 0xAA000017;
taskContext->S24 = 0xAA000018;
taskContext->S25 = 0xAA000019;
taskContext->S26 = 0xAA00001A;
taskContext->S27 = 0xAA00001B;
taskContext->S28 = 0xAA00001C;
taskContext->S29 = 0xAA00001D;
taskContext->S30 = 0xAA00001E;
taskContext->S31 = 0xAA00001F;
taskContext->S0 = 0xAA000000;
taskContext->S1 = 0xAA000001;
taskContext->S2 = 0xAA000002;
taskContext->S3 = 0xAA000003;
taskContext->S4 = 0xAA000004;
taskContext->S5 = 0xAA000005;
taskContext->S6 = 0xAA000006;
taskContext->S7 = 0xAA000007;
taskContext->S8 = 0xAA000008;
taskContext->S9 = 0xAA000009;
taskContext->S10 = 0xAA00000A;
taskContext->S11 = 0xAA00000B;
taskContext->S12 = 0xAA00000C;
taskContext->S13 = 0xAA00000D;
taskContext->S14 = 0xAA00000E;
taskContext->S15 = 0xAA00000F;
taskContext->FPSCR = 0x00000000;
taskContext->NO_NAME = 0xAA000011;
#endif
⑷ taskContext->R4 = 0x04040404L;
taskContext->R5 = 0x05050505L;
taskContext->R6 = 0x06060606L;
taskContext->R7 = 0x07070707L;
taskContext->R8 = 0x08080808L;
taskContext->R9 = 0x09090909L;
taskContext->R10 = 0x10101010L;
taskContext->R11 = 0x11111111L;
taskContext->PriMask = 0;
taskContext->R0 = taskId;
taskContext->R1 = 0x01010101L;
taskContext->R2 = 0x02020202L;
taskContext->R3 = 0x03030303L;
taskContext->R12 = 0x12121212L;
taskContext->LR = (UINT32)OsTaskExit;
taskContext->PC = (UINT32)OsTaskEntry;
taskContext->xPSR = 0x01000000L;
⑸ return (VOID *)taskContext;
}3.3 OsTaskExit()函数
在初始化上下文的时候，链接寄存器设置的是函数 VOID OsTaskExit(VOID)，该函数定义在文件 archarmcortex_msrctask.c。函数代码里调用__disable_irq()关中断，而后进入死循环。该函数实践上不会被执行，疏忽即可。
LITE_OS_SEC_TEXT_MINOR VOID OsTaskExit(VOID)
{__disable_irq();
while (1) {}}3.4 LOS_Task 工作进入函数
在初始化上下文的时候，PC 寄存器设置的是函数 VOID OsTaskEntry(UINT32 taskId)，该函数定义在文件 kernelbaselos_task.c，咱们来剖析下源代码，⑴处开释工作的自旋锁，开中断。而后执行⑵处代码获取 taskCB，并调用工作的入口函数。等工作执行结束后，查看 taskCB->taskFlags 是否设置为自删除标记 OS_TASK_FLAG_DETACHED，如果是则删除工作。
LITE_OS_SEC_TEXT_INIT VOID OsTaskEntry(UINT32 taskId)
{
LosTaskCB *taskCB = NULL;
VOID *ret = NULL;
LOS_ASSERT(OS_TSK_GET_INDEX(taskId) < g_taskMaxNum);
⑴ LOS_SpinUnlock(&g_taskSpin);
(VOID)LOS_IntUnLock();
⑵ taskCB = OS_TCB_FROM_TID(taskId);
#ifdef LOSCFG_OBSOLETE_API
ret = taskCB->taskEntry(taskCB->args[0], taskCB->args[1], taskCB->args[2],
taskCB->args[3]); /* 0~3: just for args array index */
#else
ret = taskCB->taskEntry(taskCB->args);
#endif
⑶ if (OsTaskDeleteCheckDetached(taskCB)) {OsTaskDeleteDetached(taskCB);
} else {OsTaskDeleteJoined(taskCB, ret);
}
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