现在开始正式剖析FreeRTOS内核，原计划使用基于Windows仿真环境的基础代码，但进行分析时，发现找不到调用main函数的地方，有点摸不着头脑，没办法，职业病，总想知道个来龙去脉，也不知道仿真环境的运行机制，汗颜，看来得改变策略了，内核剖析使用基于真实平台的代码，如果需要纯软件的实操就用Windows仿真环境(应该是可以跑起来的)。基于本人目前的工作经验，对ARMv8架构再熟悉不过了，选择了类似的基于ARMv7-M架构Cortex-M4 核的如下平台(源自Amazon FreeRTOS控制台) ：
这份代码就比较容易理清楚了，查找main函数的调用关系即可追踪到系统启动的第一条指令，权当是开胃小菜吧。
本文将介绍从CPU第一条指令到开始进行内核任务调度。
步入正轨开始前，下面两个问题有必要先弄清楚，才方便后面的流程梳理：
A. 有些接口存在于多个文件，怎么知道本项目的接口存在于哪些文件里？
这一点很简单，查看相关单板平台的CMakeList.txt文件即可，比如我这套代码用到的部分代码路径如下：
比如"${AFR_KERNEL_DIR}/portable/"下是适配不同CPU的代码，很多是同一接口的在不同CPU上的实现，从上面的路径就可以知道本项目里的接口在"${AFR_KERNEL_DIR}/portable/GCC/ARM_CM4F" 下的文件里。
B. CPU起来后，第一条指令在哪里？
这就涉及到链接器使用的链接脚本，本平台的链接脚本为STM32L475VGTx_FLASH.ld(链接脚本后缀一般为*.ld,或*.lds)，摘取部分示意如下：
....
/* Specify the memory areas */
MEMORY
{
RAM (xrw) : ORIGIN = 0x20000000, LENGTH = 96K
RAM2 (xrw) : ORIGIN = 0x10000000, LENGTH = 32K
FLASH (rx) : ORIGIN = 0x08000000, LENGTH = 464K /* Use only the first bank */
FLASH_UC (r) : ORIGIN = 0x08074000, LENGTH = 9K /* Fixed-location area */
}
/* Define output sections */
SECTIONS
{
...
/* The startup code goes first into FLASH */
.isr_vector : /*存放CPU向量表的节区*/
{
. = ALIGN(8);
KEEP(*(.isr_vector)) /* Startup code */
. = ALIGN(8);
} >FLAS
/* The program code and other data goes into FLASH */
.text :
{
. = ALIGN(8);
*(.text) /* .text sections (code) */
...
. = ALIGN(8);
_etext = .; /* define a global symbols at end of code */
} >FLASH
...
}
该文件指定编译生成的各个段的在FLASH或RAM里的存放位置(关于链接脚本的语法，网上的资料很多了:)。CPU起来后直接跳转到复位向量处的指令，复位向量位于CPU的向量表里，该向量表一般定义在各个平台的汇编文件里，当前这个平台的代码在文件"startup_stm32l475xx.s"：
.section .isr_vector,"a",%progbits
.type g_pfnVectors, %object
.size g_pfnVectors, .-g_pfnVectors
g_pfnVectors:
.word _estack
.word Reset_Handler //复位向量
.word NMI_Handler
.word HardFault_Handler
.word MemManage_Handler
.word BusFault_Handler
.word UsageFault_Handler
...
.word SVC_Handler //SVC异常向量
...
这里定义了复位向量表，段名命为".isr_vector"，根据前面提供的链接脚本，该段将被放置到FLASH零偏移处。根据下面的Cortex-M4的手册里的向量表，复位向量位于向量表偏移4字节处，即对应这里的Reset_Handler接口。
这样，CPU起来后，直接从0x4偏移处取代码执行！下面开始正餐了，那么从第一条指令到第一个任务有多远？来看看下面这张流程图：
这么看也没有多少路，到少比我想像的少得多。这里创建了三个任务，分别是打印任务"Logging"，空闲任务"IDLE"和定时服务任务"Tmr Svc"。
对于最后一步，是怎么启动第一个任务的呢?看下接口vPortStartFirstTask()的实现：
__asm volatile
(
" ldr r0, =0xE000ED08 \n" /* Use the NVIC offset register to locate the stack. */
" ldr r0, [r0] \n"
" ldr r0, [r0] \n"
" msr msp, r0 \n" /* Set the msp back to the start of the stack. */
" mov r0, #0 \n" /* Clear the bit that indicates the FPU is in use, see comment above. */
" msr control, r0 \n"
" cpsie i \n" /* Globally enable interrupts. */
" cpsie f \n"
" dsb \n"
" isb \n"
" svc 0 \n" /* System call to start first task. */
" nop \n"
);
关键在于"svc"指令，要理解这个含义，就又需回到前面讲到的CPU的向量表了，通过分析CORTEX-M4资料，可以知道SVC指令将触发一个异常，该异常向量的地址为SVC_Handler函数的地址，该接口也很短，直接贴这里了：
.section .text
.thumb
.align 4
SVC_Handler: .type func
;Get the location of the current TCB.
ldr.w r3, =pxCurrentTCB
ldr r1, [r3]
ldr r0, [r1]
;Pop the core registers.
ldmia r0!, {r4-r11, r14}
msr psp, r0
isb
mov r0, #0
msr basepri, r0
bx r14
.size SVC_Handler, $-SVC_Handler
.endsec
可见，该接口主要是恢复pxCurrentTCB对应任务的上下文，并执行该任务，到此，第一个任务就开始跑了，关于pxCurrentTCB，会在后面的任务创建里讲到，目前只需要知道的就是它代表当前需要执行的任务。
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