三 FreeRTOS 臨界段的保護

3.4 開中斷

3.5 進入臨界段

3.6 退出臨界段

3.7 案例

[野火®]《freertos 核心實現與應用開發實戰—基於stm32》

臨界段用一句話概括就是一段在執行的時候不能被中斷的**段。

在 freertos 裡面,這個臨界段最常出現的就是對全域性變數的操作，全域性變數就好像是乙個槍把子，誰都可以對他開槍，但是我開槍的時候，你就不能開槍，否則就不知道是誰命中了靶子。

在進行系統排程和處理外部中斷時，臨界段會被打斷。系統排程，最終也是產生 pendsv 中斷，在 pendsv handler 裡面實現任務的切換，所以還是可以歸結為中斷。所以，freertos 對臨界段的保護可以理解為對中斷的開和關的控制。

為了快速地開關中斷, cortex-m 核心專門設定了一條 cps 指令，有 4 種用法。

cpsid   i    ;primask=
1;關中斷
cpsie    i   ;primask=
0;開中斷
cpsid   f   ;faultmask=
1;關異常
cpsie   f   ;faultmask=
0;開異常

cortex-m 核心裡面三個中斷遮蔽暫存器描述如下。

暫存器名稱

描述primask

這是個只有單一位元的暫存器。在它被置 1 後,就關掉所有可遮蔽的異常，只剩下 nmi 和硬 fault 可以響應。它的預設值是 0，表示沒有關中斷。

faultmask

這是個只有 1 個位的暫存器。當它置 1 時，只有 nmi 才能響應,所有其它的異常，甚至是硬 fault 也被關閉。它的預設值也是 0，表示沒有關異常。

basepri

這個暫存器最多有 9 位(由表達優先順序的位數決定)。它定義了被遮蔽優先順序的閾值。當它被設成某個值後，所有優先順序號大於等於此值的中斷都被關(優先順序號越大，優先順序越低)。但若被設成 0，則不關閉任何中斷, 0 也是預設值。

在 freertos 中，對中斷的開和關是通過操作 basepri 暫存器來實現的，即大於等於 basepri 的值的中斷會被遮蔽，小於 basepri 的值的中斷則不會被遮蔽，不受freertos 管理。

freertos 關中斷的函式在 portmacro.h 中定義，分無返回值和有返回值兩種。

在往 basepri 寫入新的值的時候，不用先將 basepri 的值儲存起來，即不用管當前的中斷狀態是怎麼樣的，既然不用管當前的中斷狀態，也就意味著這樣的函式不能在中斷裡面呼叫。

/* 不帶返回值的關中斷函式，不能巢狀，不能在中斷裡面使用；*/
#define portdisable_interrupts() vportraisebasepri()
static portforce_inline void
vportraisebasepri
(void
)}

在往 basepri 寫入新的值的時候,先將 basepri 的值儲存起來，在更新完 basepri 的值的時候，將之前儲存好的 basepri 的值返回，返回的值作為形參傳入開中斷函式。

/* 帶返回值的關中斷函式，可以巢狀，可以在中斷裡面使用；*/
#define portset_interrupt_mask_from_isr() ulportraisebasepri()
static portforce_inline uint32_t ulportraisebasepri
(void
)return ulreturn;
/* 返回原來 basepri 的值。*/
}

freertos 開中斷的函式在 portmacro.h 中定義。

開中斷函式，具體是將傳進來的形參更新到 basepri 暫存器。

根據傳進來形參的不同，分為中斷保護版本與非中斷保護版本。

直接將 basepri 的值設定為 0，與 portdisable_interrupts() 成對使用。

/* 不帶中斷保護的開中斷函式 */
#define portenable_interrupts() vportsetbasepri( 0 )

將上一次關中斷時儲存的 basepri 的值作為形參，與 portset_interrupt_mask_from_isr() 成對使用。

/* 帶中斷保護的開中斷函式 */
#define portclear_interrupt_mask_from_isr(x) vportsetbasepri(x)
static portforce_inline void
vportsetbasepri
( uint32_t ulbasepri )
}

#define taskenter_critical() portenter_critical()
#define taskenter_critical_from_isr() portset_interrupt_mask_from_isr()

進入臨界段，無中斷保護版本，不能巢狀。

/* 在 task.h 中定義 */
#define taskenter_critical() portenter_critical()
/* 在 portmacro.h 中定義 */
#define portenter_critical() vportentercritical()
/* 在 port.c 中定義 */
void
vportentercritical
(void)}
/* 在 portmacro.h 中定義 */
#define portdisable_interrupts() vportraisebasepri()
/* 在 portmacro.h 中定義 */
static portforce_inline void
vportraisebasepri
(void
)}

進入臨界段，有中斷保護版本，可以巢狀。

/* 在 task.h 中定義 */
#define taskenter_critical_from_isr() portset_interrupt_mask_from_isr()
/* 在 portmacro.h 中定義 */
#define portset_interrupt_mask_from_isr() ulportraisebasepri()
/* 在 portmacro.h 中定義 */
static portforce_inline uint32_t ulportraisebasepri
(void
)return ulreturn;
}

#define taskexit_critical() portexit_critical()
#define taskexit_critical_from_isr( x ) portclear_interrupt_mask_from_isr( x )

退出臨界段，無中斷保護版本，不能巢狀。

/* 在 task.h 中定義 */
#define taskexit_critical() portexit_critical()
/* 在 portmacro.h 中定義 */
#define portexit_critical() vportexitcritical()
/* 在 port.c 中定義 */
void
vportexitcritical
(void)}
/* 在 portmacro.h 中定義 */
#define portenable_interrupts() vportsetbasepri( 0 )
static portforce_inline void
vportsetbasepri
( uint32_t ulbasepri )
}

退出臨界段，有中斷保護版本，可以巢狀。

/* 在 task.h 中定義 */
#define taskexit_critical_from_isr( x ) portclear_interrupt_mask_from_isr( x )
/* 在 portmacro.h 中定義 */
#define portclear_interrupt_mask_from_isr(x) vportsetbasepri(x)
static portforce_inline void
vportsetbasepri
( uint32_t ulbasepri )
}

在 freertos 中，對臨界段的保護出現在兩種場合，一種是在中斷場合一種是在非中斷場合。

/* 在中斷場，臨界段可以巢狀 */

/* 在非中斷場合，臨界段不能巢狀 */

三 FreeRTOS 臨界段的保護

FreeRTOS臨界資源保護（臨界區保護）

FreeRTOS 中斷配置和臨界段

四 FreeRTOS 中斷配置和臨界段

三 FreeRTOS 臨界段的保護

FreeRTOS臨界資源保護（臨界區保護）

FreeRTOS 中斷配置和臨界段

四 FreeRTOS 中斷配置和臨界段

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