@firestaradmin 2020年11月27日16:06:56

FreeRTOS中断浅析

一、STM32中断屏蔽的特殊寄存器

我们在 STM32 上移植 FreeRTOS 的时候需要重点关注 PRIMASK、FAULTMASK 和 BASEPRI 这三个寄存器，本节就来学习一下这三个寄存器。

1 、PRIMASK 和 和 FAULTMASK 寄存器

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：

CPSIE I;  //清除 PRIMASK(使能中断)
CPSID  I;  //设置 PRIMASK(禁止中断)

PRIMASK 寄存器还可以通过 MRS 和 MSR 指令访问，如下：

MOVS R0, #1
MSR PRIMASK,  R0  ;//将 1 写入 PRIMASK 禁止所有中断

以及：

MOVS R0, #0 
MSR PRIMASK,  R0  ;//将 0 写入 PRIMASK 以使能中断

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！

FAULTMASK 比 PRIMASK 更狠，它可以连 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：

CPSIE  F  ;清除 FAULTMASK
CPSID F  ;设置 FAULTMASK

还可以利用 MRS 和 MSR 指令访问 FAULTMASK 寄存器：

MOVS  R0, #1 
MSR FAULTMASK, R0  ;将 1 写入 FAULTMASK 禁止所有中断

以及：

MOVS R0, #0
MSR FAULTMASK, R0  ;将 0 写入 FAULTMASK 使能中断

2 、BASEPRI 寄存器

PRIMASK 和 FAULTMASK 寄存器太粗暴了，直接关闭除复位、NMI 和 HardFault 以外的其他所有中断，但是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。那么这个作为阈值的优先级值存储在哪里呢？在 BASEPRI 寄存器中，不过如果向 BASEPRI 写 0 的话就会停止屏蔽中断。比如，我们要屏蔽优先级不高于 0X60 （NVIC组4的时候）的中断，则可以使用如下汇编编程：

MOV  R0， #0X60
MSR BASEPRI, R0

如果需要取消 BASEPRI 对中断的屏蔽，可以使用如下代码：

MOV  R0, #0
MSR BASEPRI, R0

注意！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！

二、FreeRTOS 中断配置宏

configPRIO_BITS

此宏用来设置 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

此宏是用来设置最低优先级，STM32 优先级使用了 4 位，而且 STM32 配置的使用组 4，也就是 4 位都是抢占优先级。因此优先级数就是 16 个，最低优先级那就是 15。所以此宏就是 15，注意！不同的 MCU 此值不同，具体是多少要看所使用的 MCU 的架构，这里只针对 STM32 讲解！

configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY

此宏用来设置内核中断优先级，此宏定义如下：

#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY
( configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )

• 宏 configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 为 ， 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。

• 宏configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY用来设置PendSV和滴答定时器的中断优先级，port.c 中有如下定义：

• ```c
  #define portNVIC_PENDSV_PRI ( ( ( uint32_t ) configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY ) <<16UL )
  #define portNVIC_SYSTICK_PRI ( ( ( uint32_t ) configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY ) <<24UL )

  
  - 可 以 看 出 ， portNVIC_PENDSV_PRI 和 portNVIC_SYSTICK_PRI 都 是 使 用 了 宏configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY ， 为 什 么 宏 portNVIC_PENDSV_PRI  是 宏configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 左移 16 位呢？宏 portNVIC_SYSTICK_PRI 也同样是左移 24 位。的，这样一次写入的是个 32 位的数据， SysTick 和 PendSV 的优先级寄存器分别对应这个 32位数据的最高 8 位和次高 8 位，不就是一个左移 16 位，一个左移 24 位了。
  
  **可以看出在FreeRTOS中 PendSV 和 SysTick 的中断优先级都是最低的！**
  
  ##### configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
  
  此宏用来设置 FreeRTOS 系统可管理的最大优先级，也就是我们在前面讲解BASEPRI 寄存器说的那个阈值优先级，这个大家可以自由设置，这里我设置为了 5。也就是高于 5 的优先级(优先级的数字大小 小于 5的优先级)不归 FreeRTOS 管理！
  
  ##### configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
  
  此宏是 configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 左移 4 位而来的，原因和宏 configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 一样。此宏设置好以后，低于此优先级的中断可以安全的调用 FreeRTOS 的 API 函数，高于此优先级的中断 FreeRTOS 是不能禁止的，中断服务函数也不能调用 FreeRTOS 的 API 函数！
  
  
  
  ##### configMAX_PRIORITIES                     
  
  此宏用来定义FreeRTOS自己的任务的最大优先级，和32不同的是，数字越大优先级越高，32则是相反的。
  
  在FreeRTOSConfig.h中有如下定义:
  
  ```c
  #define configMAX_PRIORITIES                     ( 7 )

例如：

以 STM32 为例，有 16 个优先级，0 为最高优先级，15 为最低优先级，配置如下：

• configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY==5
• configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY==15

由于高于 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 的优先级不会被 FreeRTOS 内核屏蔽，因此那些对实时性要求严格的任务就可以使用这些优先级，比如四轴飞行器中的壁障检测。