FreeRTOS中断配置与临界段

Cortex-M中断

中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序（中断服务程序），处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行。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）。
当多个中断来临的时候，处理器应响应哪一个中断是由中断的优先级来决定的，高优先级（优先级的编号小）的中断首先得到响应，可以抢占低优先级的中断。Cortex-M处理器有三个固定优先级和256个可编程优先级，最多有128个抢占等级，优先级配置寄存器是8位宽的，处理器还把优先级分为高低两段：抢占优先级和亚优先级，但实际的优先级数量是由芯片厂商决定的，STM32选择了4位作为优先级，只有16个优先级，FreeRTOS的中断配置没有处理亚优先级这种情况，所以全是抢占优先级，设置分组时候，选择中断优先级分组4，优先级分组配置在HAL_Init()中。
在这里插入图片描述

FreeRTOS中断配置宏

  1. configPRIO_BITS
    设置MCU使用几位优先级，STM32使用的是4位

  2. configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY
    设置最低优先级，STM32配置使用组4，都是抢占优先级，最低优先级为15
    在这里插入图片描述

  3. configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY
    设置内核中断优先级

  4. configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
    系统可管理的最大优先级
    在这里插入图片描述
    优先级数低于5不归FreeRTOS管理

  5. configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
    此宏设置好后，优先级低于此的中断可以安全调用FreeRTOS的API函数，优先级高于此的中断FreeRTOS是不能禁止的，中断服务函数也不能调用FreeRTOS的API函数。
    在这里插入图片描述
    由于高于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY的优先级不会被FreeRTOS内核屏蔽，因此对于那些实时性要求严格的任务就可以使用这些优先级。

FreeRTOS开关中断

开关中断函数为portENABLE_INTERRUPTS和portDISABLE_INTERRUPTS
当关闭中断后，优先级低于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY（优先级数大于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY）的中断将被屏蔽，高于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY（优先级数小于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY）的不会被屏蔽

临界段代码

临界段代码也叫临界区，是指那些必须完整运行，不能被打断的代码段。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与临界段代码保护有关的函数有4个：taskENTER_CRITICAL、taskEXIT_CRITICAL、taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR、taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR，前两个是任务级别的临界段代码保护，后两个是中断级的临界区保护。

中断测试

start_task：创建另一个任务
interrupt_task：中断测试实验，任务中会调用FreeRTOS的关中断函数portDISABLE_INTERRUPTS来将中断关闭一段时间。

任务设置

//任务优先级
#define START_TASK_PRIO			1
//任务堆栈大小	
#define START_STK_SIZE 			256  
//任务句柄
TaskHandle_t StartTask_Handler;
//任务函数
void start_task(void *pvParameters);//任务优先级
#define INTERRUPT_TASK_PRIO		2
//任务堆栈大小	
#define INTERRUPT_STK_SIZE 		256  
//任务句柄
TaskHandle_t INTERRUPTTask_Handler;
//任务函数
void interrupt_task(void *p_arg);

main函数

int main(void)
{HAL_Init();                     //初始化HAL库   Stm32_Clock_Init(360,25,2,8);   //设置时钟,180Mhzdelay_init(180);                //初始化延时函数LED_Init();                     //初始化LED uart_init(115200);              //初始化串口TIM3_Init(10000-1,9000-1); 		//初始化定时器3，定时周期1STIM5_Init(10000-1,9000-1); 		//初始化定时器5，定时周期1S//创建开始任务xTaskCreate((TaskFunction_t )start_task,            //任务函数(const char*    )"start_task",          //任务名称(uint16_t       )START_STK_SIZE,        //任务堆栈大小(void*          )NULL,                  //传递给任务函数的参数(UBaseType_t    )START_TASK_PRIO,       //任务优先级(TaskHandle_t*  )&StartTask_Handler);   //任务句柄              vTaskStartScheduler();          //开启任务调度
}

任务函数

//开始任务任务函数
void start_task(void *pvParameters)
{taskENTER_CRITICAL();           //进入临界区//创建中断测试任务xTaskCreate((TaskFunction_t )interrupt_task,  			//任务函数(const char*    )"interrupt_task", 			//任务名称(uint16_t       )INTERRUPT_STK_SIZE,		//任务堆栈大小(void*          )NULL,						//传递给任务函数的参数(UBaseType_t    )INTERRUPT_TASK_PRIO,		//任务优先级(TaskHandle_t*  )&INTERRUPTTask_Handler); 	//任务句柄vTaskDelete(StartTask_Handler); //删除开始任务taskEXIT_CRITICAL();            //退出临界区
}//中断测试任务函数 
void interrupt_task(void *pvParameters)
{static u32 total_num=0;while(1){total_num+=1;if(total_num==5) {printf("关闭中断.............\r\n");portDISABLE_INTERRUPTS();			//关闭中断delay_xms(5000);					//延时5sprintf("打开中断.............\r\n");	//打开中断portENABLE_INTERRUPTS();}LED0=~LED0;vTaskDelay(1000);}
}

中断初始化

TIM_HandleTypeDef TIM3_Handler;	//定时器3句柄
TIM_HandleTypeDef TIM5_Handler;	//定时器5句柄//通用定时器3中断初始化
//arr：自动重装值。
//psc：时钟预分频数
//定时器溢出时间计算方法:Tout=((arr+1)*(psc+1))/Ft us.
//Ft=定时器工作频率,单位:Mhz
//这里使用的是定时器3!(定时器3挂在APB1上，时钟为HCLK/2)
void TIM3_Init(u16 arr,u16 psc)
{TIM3_Handler.Instance = TIM3;TIM3_Handler.Init.Period = arr;TIM3_Handler.Init.Prescaler = psc;TIM3_Handler.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;TIM3_Handler.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;HAL_TIM_Base_Init(&TIM3_Handler);
}//通用定时器5中断初始化
//arr：自动重装值(TIM2,TIM5是32位的!!)
//psc：时钟预分频数
void TIM5_Init(u32 arr,u16 psc)
{TIM5_Handler.Instance = TIM3;TIM5_Handler.Init.Period = arr;TIM5_Handler.Init.Prescaler = psc;TIM5_Handler.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;TIM5_Handler.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;HAL_TIM_Base_Init(&TIM5_Handler);
}//定时器底册驱动，开启时钟，设置中断优先级
//此函数会被HAL_TIM_Base_Init()函数调用
void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance == TIM3){__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn,4,0);HAL_TIM_Base_Start_IT(&TIM3_Handler);	//开启定时器并更新中断,以后每次更新中断，都会调用TIM3_IRQHandler}else if(htim->Instance == TIM5){__HAL_RCC_TIM5_CLK_ENABLE();HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM5_IRQn);HAL_NVIC_SetPriority(TIM5_IRQn,5,0);HAL_TIM_Base_Start_IT(&TIM5_Handler);	//开启定时器并更新中断,以后每次更新中断，都会调用TIM3_IRQHandler}
}
//定时器3中断服务函数
void TIM3_IRQHandler(void)
{HAL_TIM_IRQHandler(&TIM3_Handler);
}//定时器5中断服务函数
void TIM5_IRQHandler(void)
{HAL_TIM_IRQHandler(&TIM5_Handler);
}//回调函数，定时器中断服务函数调用
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{if(htim->Instance == TIM3){printf("TIM3输出.....\r\n");}else if(htim->Instance == TIM5){printf("TIM5输出.....\r\n");}
}

运行结果

在这里插入图片描述
一开始没有关闭中断，所以TIM3和TIM5都正常运行，当interrupt_task运行5次之后，此时由于TIM5的中断优先级为5，等于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY，因此TIM5会被关闭。但是，TIM3的中断优先级高于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY，不会被关闭，所以TIM3正常运行，中断运行5s后调用函数portENABLE_INTERRUPTS重新打开中断，重新打开中断后TIM5恢复运行。

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