# 第3章: コンテキストスイッチの実装

タスクの実行状態を保存・復元する仕組みを PendSV 例外の上に実装します。

## サンプルコード

- ディレクトリ: `docs/os-on-arduino/code/03_context_switch`
- ビルドと書き込み:

```bash
uv run pio run -d 03_context_switch -t upload
uv run pio device monitor -b 115200
```

コードを見る: [docs/os-on-arduino/code/03_context_switch](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/tree/main/docs/os-on-arduino/code/03_context_switch)


## ソースコード

この章のスケッチです。ファイル名をクリックすると開きます。コードは原稿リポジトリから自動で同期されているので、ここに出ているものが常に最新です。

:::{dropdown} `src/main.cpp` — 176 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/03_context_switch/src/main.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/03_context_switch/src/main.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `include/os_kernel.h` — 66 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/03_context_switch/include/os_kernel.h)

```{literalinclude} ../../../../code/03_context_switch/include/os_kernel.h
:language: cpp
:linenos:
```

:::

:::{dropdown} `src/os_kernel.cpp` — 200 行
:icon: code

[GitHub で開く](https://github.com/iory/learning-os-from-arduino/blob/main/docs/os-on-arduino/code/03_context_switch/src/os_kernel.cpp)

```{literalinclude} ../../../../code/03_context_switch/src/os_kernel.cpp
:language: cpp
:linenos:
```

:::


## 実機での出力

Arduino UNO R4 WiFi の実機で実際に取得した出力です（macOS / Windows の
両方で同じ結果を確認しています）。手元の出力と見比べてください。

`os_yield()` で 3 つのタスクが切り替わります。

```{figure} ../_static/ch03_yield.gif
:name: fig-ch03-yield
:width: 100%

`Task1`（登録名 LED1）→ `Task2`（LED2）→ `Task3`（Serial）と譲り合いながら回り続けるところ。
1 秒あたり 8 周ほどしているので、かなりの速さで流れます
```

```{figure} ../_static/ch03_timing.svg
:name: fig-ch03-timing
:width: 100%

3 つのタスクが CPU を使っている時間と、LED が点いている時間（実機で計測した 2 周ぶん）。
タスクは `os_yield()` で順に CPU を譲り合い、1 周は約 117 ms です。そのうち L LED が
点いているのは約 22 ms、マトリクス左半分は約 12 ms だけなので、動画やシミュレータの
GIF では点滅には見えません。（各タスクの中で `micros()` の時刻を記録して計測。計測用に
書き足したコードは本書のサンプルには含まれません）
```

```text
=== Context Switch Demo ===

This demonstrates cooperative context switching.
Each task must call os_yield() to switch to another task.

Initializing OS...
OS initialized.
TCB size: 36
  sp offset: 0
  stack_base offset: 4
  state offset: 12
  name offset: 15
  entry offset: 32
Creating tasks...
Tasks created:
  - idle (ID 0)
  - LED1 (ID 1)
  - LED2 (ID 2)
  - Serial (ID 3)

Task count: 4

Task stack pointers:
  Task 0 sp: 0x20000260
...
```

`TCB`（Task Control Block：タスクごとの管理情報）の大きさとオフセットを表示しているのは、
PendSV のアセンブリが TCB の配列を `TCB size` バイトずつ進んでたどり、各 TCB の
先頭（オフセット 0）にある `sp` を読み書きするからです。コンパイラの設定で構造体の
大きさや並びが変わっても、アセンブリの前提とずれていないかをここで確かめられます。

## つまずきやすいポイント

（読者からの質問に応じて随時追記します。質問は
[GitHub Issues](https://github.com/iory/build-your-own-arduino-rtos/issues)
へどうぞ）