1.什么是系统节拍？
时间管理在操作系统内核中起着非常重要的作用，操作系统内核具有大量的时间驱动功能。有些任务需要周期执行。例如，软件定时器每秒需要周期运行100次；有些功能任务在运行前需要延迟一段时间。例如，传感器读取操作需要延迟2万次ms；例如，操作系统内核还需要计算运行时间，统计不同任务的运行时间和处理器的使用情况。
大多数操作系统的核心需要一个周期性的时钟源，这个时钟源被称为。为了生成时钟节拍，通常需要使用硬件定时器，配置硬件定时器产生10个频率~1000Hz当时钟中断发生时，中断服务程序调用操作系统中的一个特殊程序：。
。时钟节拍中断不一定是硬件定时器产生的，也可以是其他周期性时钟来源，比如50频率的电力系统Hz的时钟源。 
系统时钟节拍可设置为10Hz,也可设置为100000Hz。时钟节拍值越大，硬件定时器中断越频繁，系统时钟节拍服务执行越频繁。
1、提高操作系统内核时间管理精度 2.提高任务抢占的准确性
比如10Hz时钟节拍的执行粒度为100ms，系统中最快的周期性事件是100ms一次，精度更高是不可能的。例如，1万Hz此时，时钟节拍的执行粒度增加了100倍，系统中的周期性事件最快为1ms一次，时间精度可达1ms。
时钟节拍越高，意味着时钟中断越频繁，处理器需要花时间执行中断程序，如果时钟节拍大到一定程度比如1MHz，此时，处理器将始终定期执行时钟中断程序，用户程序几乎无法执行。
2.实现系统时钟节拍服务
实现系统时钟节拍取决于以下两部分：
硬件定时器 2.系统时钟节拍服务
硬件定时器用于中断，硬件定时器的配置频率为10~1000Hz当定时器中断发生时，硬件定时器定期触发中断。
系统时钟节拍服务用于执行系统时间管理相关操作，定时器中断程序调用系统时钟节拍服务。系统时钟节拍服务完成以下操作： 每次定时器中断调用系统时钟节拍服务时，完成系统节拍时间更新，增加系统节拍时间计值1。通常，系统节拍时间计值为32位变量，时间计值需要考虑溢出值。
每次进入系统时钟节拍服务更新系统节拍时间后，操作系统内核检查等待表是否有任务完成等待。如果有任务完成等待，操作系统内核将从等待表中删除任务，并将任务添加到就绪表中，完成等待表和就绪表的更新。
每次进入系统时钟节拍服务，操作系统内核都会检查的进行时间片轮询操作。
每次进入系统时钟节拍服务等待表和就绪表更新后，如果有更高的优先任务就绪，操作系统核心将启动任务切换。
3.FreeRTOS实现系统时钟节拍
分析对象为：cortex-m4硬件平台，FreeRTOS操作系统。 实现系统时钟节拍依靠实现cortex-m4中的SysTick硬件定时器产生时钟中断，时钟中断服务为：
SysTick_Handler
FreeRTOS操作系统中的系统时钟节拍服务是
xTaskIncrementTick
/*配置定时器 1ms中断 */ HAL_SYSTICK_Config(HAL_RCC_GetHCLKFreq()/8000); HAL_SYSTICK_CLKSourceConfig(SYSTICK_CLKSOURCE_HCLK_DIV8); #define xPortSysTickHandler SysTick_Handler void xPortSysTickHandler( void ) {
/* 屏蔽相关中断 */ vPortRaiseBASEPRI(); {
/* 调用系统时钟节拍服务 */ if( xTaskIncrementTick() != pdFALSE ) {
/* 如果高任务就绪，切换任务*/ portNVIC_INT_CTRL_REG = portNVIC_PENDSVSET_BIT;
}
}
/* 开启相关中断 */
vPortClearBASEPRIFromISR();
}
BaseType_t xTaskIncrementTick( void )
{
TCB_t * pxTCB;
TickType_t xItemValue;
BaseType_t xSwitchRequired = pdFALSE;
traceTASK_INCREMENT_TICK( xTickCount );
/* 调度器是否打开 */
if( uxSchedulerSuspended == ( UBaseType_t ) pdFALSE )
{
/* 系统节拍计数器xTickCount 镜像 */
const TickType_t xConstTickCount = xTickCount + ( TickType_t ) 1;
/* 系统节拍计数器xTickCount 加1*/
xTickCount = xConstTickCount;
/* 系统节拍计数器xTickCount 是否溢出*/
if( xConstTickCount == ( TickType_t ) 0U )
{
taskSWITCH_DELAYED_LISTS();
}
else
{
mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
}
if( xConstTickCount >= xNextTaskUnblockTime )
{
for( ;; )/* 将完成延时等待的相关任务移除等待表 */
{
/* 等待表是否为空*/
if( listLIST_IS_EMPTY( pxDelayedTaskList ) != pdFALSE )
{
/* 等待表为空 则将xNextTaskUnblockTime赋值成最大值 */
xNextTaskUnblockTime = portMAX_DELAY;
break;
}
else/* 等待表不为空*/
{
/*读取等待表中的第一个任务对象 等待表队列时按照等待时间大小进行排序，等待表队列的第一个对象就是最小等待时间对象 */
pxTCB = listGET_OWNER_OF_HEAD_ENTRY( pxDelayedTaskList );
/* 读取任务的延时完成时间 */
xItemValue = listGET_LIST_ITEM_VALUE( &( pxTCB->xStateListItem ) );
/* 比较延时完成时间和当前时间 */
if( xConstTickCount < xItemValue )
{
/* 比较延时完成时间未到 退出for循环 */
xNextTaskUnblockTime = xItemValue;
break;
}
else
{
mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
}
/* 将任务从等待表中移除*/
( void ) uxListRemove( &( pxTCB->xStateListItem ) );
/* 将任务从等待事情的挂起表中移除*/
if( listLIST_ITEM_CONTAINER( &( pxTCB->xEventListItem ) ) != NULL )
{
( void ) uxListRemove( &( pxTCB->xEventListItem ) );
}
else
{
mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
}
/* 将任务添加到就绪表中*/
prvAddTaskToReadyList( pxTCB );
#if ( configUSE_PREEMPTION == 1 )
{
/* 如果等待中的任务的优先级高于当前任务 触发任务切换*/
if( pxTCB->uxPriority >= pxCurrentTCB->uxPriority )
{
xSwitchRequired = pdTRUE;/* 设置任务切换标志 */
}
else
{
mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
}
}
#endif
}
}
}
/* 任务时间片轮询功能 */
#if ( ( configUSE_PREEMPTION == 1 ) && ( configUSE_TIME_SLICING == 1 ) )
{
/* 每次节拍进行一次当前优先级任务轮询操作 当前优先级下任务数量大于1时执行轮询操作 */
if( listCURRENT_LIST_LENGTH( &( pxReadyTasksLists[ pxCurrentTCB->uxPriority ] ) ) > ( UBaseType_t ) 1 )
{
xSwitchRequired = pdTRUE;/* 设置任务切换标志 */
}
else
{
mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
}
}
#endif
#if ( configUSE_TICK_HOOK == 1 )
{
/* tick 钩子函数 */
if( uxPendedTicks == ( UBaseType_t ) 0U )
{
vApplicationTickHook();
}
else
{
mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
}
}
#endif
}
else
{
++uxPendedTicks;
/* tick 钩子函数 */
#if ( configUSE_TICK_HOOK == 1 )
{
vApplicationTickHook();
}
#endif
}
#if ( configUSE_PREEMPTION == 1 )
{
if( xYieldPending != pdFALSE )
{
xSwitchRequired = pdTRUE;
}
else
{
mtCOVERAGE_TEST_MARKER();
}
}
#endif
return xSwitchRequired;
}