代码收藏家技术教程 2024-11-04

正点原子 STM32 FreeRTOS 学习笔记

第四章 FreeRTOS中断配置和临界端

Cortex-M中断

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。

优先级分组定义

Cortex-M处理器有三个固定优先级和256个可编程的优先级，最多有128个抢占等级。但大多数芯片都会精简设计，以至于实际上支持优先级更少。在设计芯片的时候会裁掉表达优先级的几个低端有效位，以减少优先级数。下图就是8个优先级。

为了使抢占机能变得更可控， Cortex-M 处理器还把 256 个优先级按位分为高低两段：抢占优先级(分组优先级)和亚优先级(子优先级)，STM32 使用了 4 位，因此最多有 5 组优先级分组设置（0:4；1:3；2:2；3:1；4:0）这 5 个分组在 msic.h 中有定义，如下：

注意！ STM32 中定义的分组 0 对应的值是 7！如果我们选择分组 4，即 NVIC_PriorityGroup_4 的话，那 4 位优先级就都全是抢占优先级了，没有亚优先级，那么就有 0~15 共 16 个优先级。

ALIENTEK 的基础例程的话默认配置的组 2，所以在将基础例程中的外设驱动移植到 FreeRTOS 下面的时候需要修改优先级配置。主要是 FreeRTOS 的中断配置没有处理亚优先级这种情况，所以只能配置为组 4，直接就 16 个优先级。（FreeRTOS不设置子优先级）

优先级设置

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。

用于中断屏蔽的特殊寄存器

在 STM32 上移植 FreeRTOS 的时候需要重点关注 PRIMASK、FAULTMASK 和 BASEPRI 这三个寄存器。

PRIMASK 和 FAULTMASK 寄存器

1. 在许多应用中，需要暂时屏蔽所有的中断一执行一些对时序要求严格的任务，这个时候就可以使用 PRIMASK 寄存器， PRIMASK 用于禁止除 NMI 和 HardFalut 外的所有异常和中断，汇编编程的时候可以使用 CPS(修改处理器状态)指令修改 PRIMASK 寄存器的数值。

UCOS 中的临界区代码代码保护就是通过开关中断实现的(UCOSIII 也可以使用禁止任务调度的方法来实现临界区代码保护，这里不讨论这种情况)，而开关中断就是直接操作 PRIMASK寄存器的，所以在 UCOS 中关闭中断的时候时关闭了除复位、 NMI 和 HardFault 以外的所有中断！

2. FAULTMASK可以连 HardFault 都屏蔽掉，使用方法和 PRIMASK 类似， FAULTMASK 会在退出时自动清零。汇编编程的时候可以利用 CPS 指令修改 FAULTMASK 的当前状态。

BASEPRI 寄存器

只想屏蔽优先级低于某一个阈值的中断。那么这个作为阈值的优先级值存储在 BASEPRI 寄存器中。

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

configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY：

宏configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 左移 8-configPRIO_BITS 位，也就是左移 4位。为什么要左移 4 位呢？前面我们说了， STM32 使用了 4 位作为优先级，而这 4 位是高 4 位，因此要左移 4 位才是真正的优先级。当然了也可以不用移位，直接将宏configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY 定义为 0XF0！不过这样看起来不直观。

configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
FreeRTOS 系统可管理的最大优先级，也就是BASEPRI 寄存器说的那个阈值优先级，这个大家可以自由设置。如设置为 5。也就是高于 5 的优先级(优先级数小于 5)不归 FreeRTOS 管理！

FreeRTOS 开关中断

FreeRTOS 开关中断函数为 portENABLE_INTERRUPTS ()和 portDISABLE_INTERRUPTS()，这两个函数其实是宏定义，在 portmacro.h 中有定义，如下：

#define portDISABLE_INTERRUPTS() vPortRaiseBASEPRI()

#define portENABLE_INTERRUPTS() vPortSetBASEPRI(0)

临界区代码

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，比如有的外设的初始化需要严格的时序，初始化过程中不能被打断。FreeRTOS 在进入临界段代码的时候需要关闭中断，当处理完临界段代码以后再打开中断。FreeRTOS 系统本身就有很多的临界段代码，这些代码都加了临界段代码保护，我们在写自己的用户程序的时候有些地方也需要添加临界段代码保护。 FreeRTOS 与临界段代码保护有关的函数有 4 个：

taskENTER_CRITICAL() 、 taskEXIT_CRITICAL() 、 taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR() 和 taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR()。

这四个函数其实是宏定义，在 task.h 文件中有定义。这四个函数的区别是前两个是任务级的临界段代码保护，后两个是中断级的临界段代码保护。

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();// (1)
    total_num+=1;
    printf("float_num 的值为: %d\r\n",total_num);
    taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR(status_value); //(2)
}
    TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update); //清除中断标志位
}

(1)、进入临界区。

(2)、退出临界区。

作者：西几大人