目錄

FreeRTOS的中斷管理

1、STM32中斷優(yōu)先級管理

2、FreeRTOS任務(wù)優(yōu)先級管理

3、寄存器和內(nèi)存映射寄存器

4、BASEPRI寄存器

5、FreeRTOS與STM32中斷管理結(jié)合使用

?vPortRaiseBASEPRI

?vPortSetBASEPRI

6、FromISR后綴

7、在中斷服務(wù)函數(shù)中調(diào)用FreeRTOS的API函數(shù)需注意

FreeRTOS的臨界段代碼

1、通過中斷管理臨界區(qū)

1）taskENTER_CRITICAL()：進(jìn)入臨界區(qū)

2）taskEXIT_CRITICAL()：退出臨界區(qū)

3）taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()：進(jìn)入臨界區(qū)（中斷級）

4）taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR()：退出臨界區(qū)（中斷級）

2、通過掛起和恢復(fù)任務(wù)調(diào)度器管理臨界區(qū)

1）uxSchedulerSuspended

2）vTaskSuspendAll()：掛起任務(wù)調(diào)度器

3）xTaskResumeAll()：恢復(fù)任務(wù)調(diào)度器

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FreeRTOS的中斷管理

1、STM32中斷優(yōu)先級管理

在STM32中，中斷優(yōu)先級是通過中斷優(yōu)先級配置寄存器的高4位 [7:4] 來配置的。因此STM32支持最多16級中斷優(yōu)先級，其中數(shù)值越小表示優(yōu)先級越高，即更緊急的中斷。

2、FreeRTOS任務(wù)優(yōu)先級管理

FreeRTOS任務(wù)調(diào)度的優(yōu)先級相反，數(shù)值越大越優(yōu)先。任務(wù)優(yōu)先級的最大值由FreeRTOSConfig.h中的配置項configMAX_PRIORITIES決定，默認(rèn)為5，如下。

#define configMAX_PRIORITIES ? ? ? ?( 5 )

?該配置項在當(dāng)前環(huán)境下不能大于32，否則編譯報錯，如下。

#if ( configMAX_PRIORITIES > 32 )#error configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION can only be set to 1 when configMAX_PRIORITIES is less than or equal to 32. ?It is very rare that a system requires more than 10 to 15 difference priorities as tasks that share a priority will time slice.
#endif

因此，可以得出結(jié)論，在當(dāng)前配置下，FreeRTOS的任務(wù)最多可以有32個優(yōu)先級。

優(yōu)先級范圍[0, configMAX_PRIORITIES)，即最大優(yōu)先級為configMAX_PRIORITIES-1。

3、寄存器和內(nèi)存映射寄存器

這里的寄存器不同于STM32的外設(shè)寄存器，后者是內(nèi)存映射寄存器，實際上是在內(nèi)存中劃分特定的地址空間，用于訪問和控制外設(shè)的功能。而此處的寄存器是Cortex-M3內(nèi)核中“真正的”寄存器，基于SR鎖存器構(gòu)建。

4、BASEPRI寄存器

BASEPRI寄存器即Base Priority Mask Register（基本優(yōu)先級屏蔽寄存器）。顧名思義，該寄存器是用來屏蔽中斷響應(yīng)的，位定義如下。

BASEPRI只有bit7-bit4起作用，當(dāng)這四位不為0時，會屏蔽優(yōu)先級數(shù)值上大于等于該值的中斷響應(yīng)。如：BASEPRI設(shè)置為0x50（只看bit7-bit4，也就是5），代表中斷優(yōu)先級在5~15內(nèi)的均被屏蔽，0~4的中斷優(yōu)先級正常執(zhí)行。

當(dāng)bit7-bit4為0時無效，即不屏蔽任何中斷。

5、FreeRTOS與STM32中斷管理結(jié)合使用

FreeRTOS可以與STM32原生的中斷機(jī)制結(jié)合使用。

FreeRTOS初始化時，PendSV和SysTick被設(shè)置最低中斷優(yōu)先級（數(shù)值最大，15），保證系統(tǒng)任務(wù)切換不會阻塞系統(tǒng)其他中斷的響應(yīng)。

FreeRTOS提供了一組宏定義用于禁用和啟用中斷，如下。

#define portDISABLE_INTERRUPTS() ? ? ? ? ? ? ? ? ?vPortRaiseBASEPRI()
#define portENABLE_INTERRUPTS() ? ? ? ? ? ? ? ? ? vPortSetBASEPRI( 0 )

?vPortRaiseBASEPRI

vPortRaiseBASEPRI是一個內(nèi)連匯編函數(shù)，如下。

static portFORCE_INLINE void vPortRaiseBASEPRI( void )
{uint32_t ulNewBASEPRI = configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY;__asm{/* Set BASEPRI to the max syscall priority to effect a critical* section. */
/* *INDENT-OFF* */msr basepri, ulNewBASEPRIdsbisb
/* *INDENT-ON* */}
}

該函數(shù)先把configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY賦值給ulNewBASEPRI，然后通過msr指令將ulNewBASEPRI的值賦給basepri寄存器。上述過程實際上是將configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY配置項的值賦給了basepri寄存器。該配置項在FreeRTOSConfig.h中定義，默認(rèn)值為191。因為是賦給basepri的，所以只有bit7-bit4有效，因而191等價于0xB0。?

#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY ? ?191

該配置項默認(rèn)值為191，那么，默認(rèn)情況下，FreeRTOS進(jìn)入臨界區(qū)時會屏蔽中斷優(yōu)先級數(shù)值上大于等于11的中斷。我們可以說FreeRTOS管理的最大優(yōu)先級為11。

在STM32F103ZET6單片機(jī)上使用FreeRTOS時，建議將上述配置項設(shè)置為較低的優(yōu)先級值（邏輯上優(yōu)先級較高），通常是5。需要注意的是，vPortRaiseBASEPRI函數(shù)中，會將configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY直接賦值給BASEPRI寄存器，而不會進(jìn)行移位操作，因此，當(dāng)我們要讓FreeRTOS可以管理的最大優(yōu)先級設(shè)置為5時，要確保configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY的bit7-bit4為5，通常賦值為0x50。

?vPortSetBASEPRI

vPortSetBASEPRI也是一個內(nèi)聯(lián)匯編函數(shù)，如下。

static portFORCE_INLINE void vPortSetBASEPRI( uint32_t ulBASEPRI )
{__asm{/* Barrier instructions are not used as this function is only used to* lower the BASEPRI value. */
/* *INDENT-OFF* */msr basepri, ulBASEPRI
/* *INDENT-ON* */}
}

?該函數(shù)將ulBASEPRI賦值給BASEPRI寄存器。因此，portENABLE_INTERRUPTS()宏的邏輯是將0賦給BASERPI，不再屏蔽任何中斷。

6、FromISR后綴

FreeRTOS提供了一組帶FromISR后綴的函數(shù)，這類函數(shù)是對應(yīng)無后綴API的另一個版本，專門用于在ISR（Interrupt Service Routine，中斷服務(wù)函數(shù)或例程）中調(diào)用，相較于無后綴版本，增加了一些額外操作。

7、在中斷服務(wù)函數(shù)中調(diào)用FreeRTOS的API函數(shù)需注意

1、中斷服務(wù)函數(shù)的優(yōu)先級需在FreeRTOS所管理的范圍內(nèi)，閾值由configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY指定。

2、建議將所有優(yōu)先級位指定為搶占優(yōu)先級位，方便FreeRTOS管理。

3、在中斷服務(wù)函數(shù)里邊需調(diào)用FreeRTOS的API函數(shù)，必須使用帶“FromISR”后綴的函數(shù)。

FreeRTOS的臨界段代碼

臨界段代碼，又稱為臨界區(qū)，指的是那些必須在不被打斷的情況下完整運(yùn)行的代碼段。例如，某些外設(shè)的初始化可能要求嚴(yán)格的時序，因此在初始化過程中不允許被中斷打斷。

1、通過中斷管理臨界區(qū)

在FreeRTOS中，臨界段代碼需要被“臨界區(qū)進(jìn)入”和“臨界區(qū)退出”函數(shù)保護(hù)起來。臨界區(qū)的進(jìn)入和退出可以通過中斷來實現(xiàn)，相關(guān)函數(shù)有 4 個：

1）taskENTER_CRITICAL()：進(jìn)入臨界區(qū)

void vPortEnterCritical( void )
{portDISABLE_INTERRUPTS();uxCriticalNesting++;/* This is not the interrupt safe version of the enter critical function so* assert() if it is being called from an interrupt context. ?Only API* functions that end in "FromISR" can be used in an interrupt. ?Only assert if* the critical nesting count is 1 to protect against recursive calls if the* assert function also uses a critical section. */if( uxCriticalNesting == 1 ){configASSERT( ( portNVIC_INT_CTRL_REG & portVECTACTIVE_MASK ) == 0 );}
}

是通過portDISABLE_INTERRUPTS()宏禁用中斷實現(xiàn)的。?

2）taskEXIT_CRITICAL()：退出臨界區(qū)

void vPortExitCritical( void )
{configASSERT( uxCriticalNesting );uxCriticalNesting--;if( uxCriticalNesting == 0 ){portENABLE_INTERRUPTS();}
}

是通過調(diào)用portENABLE_INTERRUPTS()宏啟用中斷實現(xiàn)的。

3）taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()：進(jìn)入臨界區(qū)（中斷級）

4）taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR()：退出臨界區(qū)（中斷級）

進(jìn)入和退出臨界區(qū)是成對使用的。每進(jìn)入一次臨界區(qū)，全局變量uxCriticalNesting都會加一，每調(diào)用一次退出臨界區(qū)，uxCriticalNesting減一，只有當(dāng) uxCriticalNesting 為 0 時才會調(diào)用函數(shù) portENABLE_INTERRUPTS()使能中斷。這確保了在存在多個臨界區(qū)代碼的情況下，不會因為某個臨界區(qū)代碼的退出而破壞其他臨界區(qū)的保護(hù)。只有當(dāng)所有的臨界區(qū)代碼都退出時，中斷才會被重新使能。

上文提到，PendSV和SysTick兩個中斷的優(yōu)先級在FreeRTOS初始化時都被置為最低優(yōu)先級15，而這兩個中斷時FreeRTOS任務(wù)切換的核心。因此，在進(jìn)入臨界區(qū)時，FreeRTOS無法執(zhí)行任務(wù)切換，保證了臨界區(qū)操作的原子性。但要注意，優(yōu)先級高于（數(shù)值上低于）配置項configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY的中斷未被FreeRTOS管理，仍然可以打斷任務(wù)執(zhí)行。

2、通過掛起和恢復(fù)任務(wù)調(diào)度器管理臨界區(qū)

掛起和恢復(fù)任務(wù)調(diào)度器， 調(diào)用此函數(shù)不需要關(guān)閉中斷：

1）uxSchedulerSuspended

這是一個全局變量，聲明及初始化如下。

PRIVILEGED_DATA static volatile UBaseType_t uxSchedulerSuspended = ( UBaseType_t ) pdFALSE;

pdFALSE數(shù)值上為0，如下。?

#define pdFALSE ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?( ( BaseType_t ) 0 )

在FreeRTOS中，任務(wù)調(diào)度器可以被多次掛起，uxSchedulerSuspended用于記錄調(diào)度器被掛起的次數(shù)，只要它不為0，則無法進(jìn)行任務(wù)切換。?

2）vTaskSuspendAll()：掛起任務(wù)調(diào)度器

該函數(shù)的核心邏輯只有一行，如下。

++uxSchedulerSuspended;

調(diào)用該函數(shù)后，任務(wù)切換被禁止，當(dāng)前任務(wù)的執(zhí)行不會被其它任務(wù)打斷，從而保護(hù)了臨界區(qū)代碼。

3）xTaskResumeAll()：恢復(fù)任務(wù)調(diào)度器

該函數(shù)核心邏輯如下。

--uxSchedulerSuspended;if( uxSchedulerSuspended?==?( UBaseType_t?) pdFALSE?){……}

首先將uxSchedulerSuspended減1，而后判斷是否為pdFALSE，是則說明所有臨界區(qū)已退出，可以恢復(fù)任務(wù)調(diào)度，執(zhí)行相關(guān)操作。

vTaskSuspendAll和xTaskResumeAll是成對出現(xiàn)的，臨界區(qū)可以嵌套，僅在所有臨界區(qū)全部退出時，才能恢復(fù)任務(wù)切換。

與中斷管理臨界區(qū)不同的是，掛起任務(wù)調(diào)度器時未關(guān)閉中斷；這種方式僅僅防止了任務(wù)之間的資源爭奪，中斷仍然可以直接響應(yīng)；掛起調(diào)度器的方法適用于臨界區(qū)位于任務(wù)與任務(wù)之間的情況；這樣既不需要延遲中斷，同時又能確保臨界區(qū)的安全性。