FreeRTOS 中断-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了FreeRTOS 中断。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

简介

FreeRTOS是一个C库集合，包含了实时内核和模块化库实现互补功能。
免费的实时操作系统，可裁减移植。

文件结构

demo、license和source。source为主体。
source有三部分
源码.c 、include文件夹里头文件.h和portable文件夹。其中portable文件将FreeRTOS系统软件与MCU芯片建立连接。

移植

芯片中断

中断由硬件产生，当中断产生以后 CPU 就会中断当前的流程转而去处理中断服务。Cortex-M 内核的 MCU 提供了一个用于中断管理的嵌套向量中断控制器(NVIC)。
Cotex-M3 的 NVIC 最多支持 240 个 IRQ(中断请求)、 1 个不可屏蔽中断(NMI)、 1 个 Systick(滴答定时器)定时器中断和多个系统异常。
Cortex-M 处理器有多个用于**管理中断和异常的可编程寄存器，这些寄存器大多数都在NVIC 和系统控制块(SCB)**中，CMSIS文件将这些寄存器定义为结构体。NVIC_Type结构体

typedef struct
{
__IO uint32_t ISER[8];
/*!< Offset: 0x000 Interrupt Set Enable Register
*/
uint32_t RESERVED0[24];
__IO uint32_t ICER[8];
/*!< Offset: 0x080 Interrupt Clear Enable Register
*/
uint32_t RSERVED1[24];
__IO uint32_t ISPR[8];
/*!< Offset: 0x100 Interrupt Set Pending Register
*/
uint32_t RESERVED2[24];
__IO uint32_t ICPR[8];
/*!< Offset: 0x180 Interrupt Clear Pending Register
*/
uint32_t RESERVED3[24];
__IO uint32_t IABR[8];
/*!< Offset: 0x200 Interrupt Active bit Register
*/
uint32_t RESERVED4[56];
__IO uint8_t IP[240];
/*!< Offset: 0x300 Interrupt Priority Register (8Bit wide) */
uint32_t RESERVED5[644];
__O uint32_t STIR;
/*!< Offset: 0xE00 Software Trigger Interrupt Register
*/
} NVIC_Type;

NVIC 和 SCB 都位于系统控制空间(SCS)内，SCS 的地址从 0XE000E000 开始，SCB 和 NVIC的地址也在 core_cm3.h 中有定义.

中断优先级

当多个中断来临的时，高优先级的中断(优先级编号小)肯定是首先得到响应，而且高优先级的中断可以抢占低优先级的中断–中断嵌套。Cortex-M 处理器的有些中断是具有固定最高的优先级的，比如复位、NMI、HardFault。
Cortex-M 处理器有三个固定优先级和 256 个可编程的优先级，ST芯片厂商精简设计，将STM32设计只使用4个bit位来代表优先级，因此只有16 级优先级。多有 5 组优先级分组设置。
每个外部中断都有一个对应的优先级寄存器，每个寄存器占 8 位，因此最大宽度是 8 位，但是最小为 3 位。4 个相临的优先级寄存器拼成一个 32 位寄存器。0xE000_ED20~0xE000_ED23 这四个寄存器就可以拼接成一个地址为 0xE000_ED20 的 32 位寄存器。这一点很重要！因为 FreeRTOS 在设置 PendSV 和 SysTick 的中断优先级的时候都是直接操作的地址 0xE000_ED20。

中断屏蔽

PRIMASK寄存器

使用PRIMASK寄存器屏蔽所有的中断，执行时序严格的任务。PRIMASK寄存器可禁止NMI和HardFalut外所有中断和异常，汇编编程可以使用CPS(修改处理器状态)指令修改PRIMASK寄存器的值：

CPSIE	1；	//清除PRIMASK（使能中断）
CPSID	1；	//设置PRIMASK	(禁止中断)
//还可以通过MRS和MSR指令。
MOVS R0, #1
MSR PRIMASK,R0 ;//将 1 写入 PRIMASK 禁止所有中断
MOVS R0, #0
MSR PRIMASK,R0 ;//将 0 写入 PRIMASK 以使能中断

FAULTMASK

FAULTMASK寄存器可屏蔽除NMI(不可屏蔽中断)外的所有中断，其中屏蔽包括了HardFalut硬件中断。

CPSIE F ;//清除 FAULTMASK
CPSID F ;//设置 FAULTMASK

BASEPRI 寄存器

在有些场合需要对中断屏蔽进行更细腻的控制，比如只屏蔽优先级低于某一个阈值的中断.
BASEPRI 寄存器中，向 BASEPRI 写 0 的话就会停止屏蔽中断.我们要屏蔽优先级于 0X60 的中断，则可以使用如下汇编编程

//屏蔽低于0x60优先级的中断
MOV R0，#0X60
MSR BASEPRI, R0
//停止中断
MOV R0,#0
MSR BASEPRI, R0

FreeRTOS 的开关中断就是操作 BASEPRI 寄存器来实现的！它可以关闭低于某个阈值的中断，高于这个阈值的中断就不会被关闭！

FreeRTOS中断配置宏

中断宏	描述
configPRIO_BITS	设置 MCU 使用几位优先级，STM32 使用的是 4 位，因此此宏为 4
configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY	设置最低优先级,STM32 优先级使用了 4 位,优先级数就是 16 个，最低优先级那就是 15
configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY	设置内核中断优先级0XF0，用来设置 PendSV 和滴答定时器的中断优先级，FreeRTOS中 PendSV 和 SysTick 的中断优先级都是最低的！
configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY	设置 FreeRTOS 系统可管理的最大优先级，BASEPRI 寄存器的阈值优先级，设置为5。高于 5 的优先级(优先级数小于 5)不归 FreeRTOS 管理
configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY	上个宏左移4位。低于该中断可以调用FreeRTOS的API，高于则禁止。

FreeRTOS开关中断

FreeRTOS 开关中断函数为 portENABLE_INTERRUPTS ()和 portDISABLE_INTERRUPTS()，本质是操作BASEPRI寄存器进行开关中断。

临界段代码

临界段代码也叫做临界区，是指那些必须完整运行，不能被打断的代码段。比如硬件初始化时，必须严格遵守时序，不能被中断打断。FreeRTOS进入临界段代码都需禁止中断，当临界段代码处理完后，再使能中断。
FreeRTOS与临界代码有两种4个，任务级临界段代码保护和中断级临界段代码保护。

任务级临界代码保护

taskENTER_CRITICAL()和 taskEXIT_CRITICAL()是任务级的临界代码保护，一个是进入临界段，一个是退出临界段，这两个函数是成对使用的，这函数的定义如下：

#define taskENTER_CRITICAL()	portENTER_CRITICAL()
#define taskEXIT_CRITICAL()		portEXIT_CRITICAL()
void vPortEnterCritical( void )
{
	portDISABLE_INTERRUPTS();
	uxCriticalNesting++;
	if( uxCriticalNesting == 1 )
	{
		configASSERT( ( portNVIC_INT_CTRL_REG & portVECTACTIVE_MASK ) == 0 );
	}
}
void vPortExitCritical( void )
{
	configASSERT( uxCriticalNesting );
	uxCriticalNesting--;
	if( uxCriticalNesting == 0 )
	{
		portENABLE_INTERRUPTS();
	}
}

看出在进入函数 vPortEnterCritical()以后会首先关闭中断，然后给变量 uxCriticalNesting加一，uxCriticalNesting 是个全局变量，用来记录临界段嵌套次数的。函数 vPortExitCritical()是退出临界段调用的，函数每次将 uxCriticalNesting 减一，只有当 uxCriticalNesting 为 0 的时候才会调用函数 portENABLE_INTERRUPTS()使能中断。
任务级临界代码保护使用方法如下：

void taskcritical_test(void)
{
while(1)
{
	taskENTER_CRITICAL();			//进入临界区
	total_num+=0.01f;
	printf("total_num 的值为: %.4f\r\n",total_num);
	taskEXIT_CRITICAL();			//退出临界区
	vTaskDelay(1000);
}
}

中断级临界段代码保护

函数 taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()和 taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR()中断级别临界段代码保护，是用在中断服务程序中的，而且这个中断的优先级一定要低于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY！

#define taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR() portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR()
#define taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR(x) portCLEAR_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR (x)
static portFORCE_INLINE uint32_t ulPortRaiseBASEPRI( void )
{
	uint32_t ulReturn, ulNewBASEPRI = configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY;
	__asm
	{
		mrs ulReturn, basepri		//先读出 BASEPRI 的值，保存在 ulReturn 中
		msr basepri, ulNewBASEPRI		//将 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 写入到寄存器 BASEPRI 中
		dsb
		isb
	}
return ulReturn;		//返回 ulReturn，退出临界区代码保护的时候要使用到此值！
}

中断级临界代码保护使用方法如下：

//定时器 3 中断服务函数
void TIM3_IRQHandler(void)
{
	if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)==SET) //溢出中断
	{
		status_value=taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR();	//进入临界区
		total_num+=1;
		printf("float_num 的值为: %d\r\n",total_num);
		taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR(status_value);		//退出临界区
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update); //清除中断标志位
	}		
}