STM32使用中断屏蔽寄存器BASEPRI保护临界段+中断分组+抢占/响应优先级概念

如果某些代码段不允许被中断打断，那么这段代码就必须用关中断的方式给保护起来，在UCOS中可以看到，一般保护方式有3种：

（1）关闭中断（总中断或者指定的几个中断），执行临界段，开启中断（总中断或者指定的几个中断）。这个方法的弊端有两个：①执行完临界段之后中断总是打开的，即使在关闭中断之前，中断明明没有打开；②会干扰一些重要的中断的执行，例如systick，高精度定时器等。

（2）把中断状态压栈，关中断，执行临界段，把中断状态出栈。这个方法挺好，唯一的不足就是，有些编译器不支持，即使用内嵌汇编也不行，请参考别人的博客《ucos中的三种临界区管理机制》

（3）用局部变量保存中断状态，关闭中断（总中断或者指定的几个中断），执行临界段，从局部变量中读出中断状态并恢复。这时目前最可靠的一种方式。实现起来也很简单。

 

考虑到某些中断格外重要，甚至在临界段执行期间我们仍需要这个中断的正常响应，那么我们再使用方法（3）时就不能直接关闭总中断，而是只关闭指定的那些中断。例如，我有一个变量cnt（4字节）用于在串口接收中断中统计收到的字节数，那么我们在main调用链中读cnt的值时，就必须保护起来，以防读cnt读到一半（2字节）时，恰好发生了串口中断，等从中断出来，cnt的值已经变了，这时main调用链继续读cnt的另一半时，读出的cnt已经是个不可预期的值了。对于这种情况，我们只需在读cnt时关闭串口中断就行了。

上述场景算是个简单的情形，假如我们写了一个通用库，例如串口缓冲区管理、fifo、软定时器模块等，这些模块库，不止一个中断在用它们，难道，我进入临界段之前，要把这些中断状态一个个保存，然后一个个关闭，执行完临界段再一个个恢复吗？显然不会，好在STM32提供了中断屏蔽寄存器，我们可以把这一堆必须要屏蔽的中断，优先级设置的低一些，把另一些不允许关闭的中断优先级设置的高一些，然后通过BASEPRI这个寄存器把优先级低于n的（也即，优先级号>=n，因为优先级和优先级号是反着的，0代表最高优先级）的中断一口气全屏蔽掉，这样我们在进入临界段前，只保存BASEPRI的值就好了。FreeRTOS中也是这么做的。

 

STM32的优先级分组配置如下：

所谓抢占优先级，指的是“可嵌套”的优先级，又叫“主优先级”，也即“抢占优先级高”的中断可以把“抢占优先级低”的中断给打断。
响应优先级，指的是“不可嵌套”的优先级，又叫“副优先级”，也即，主优先级相同的两个中断，“副优先级高”的那个，只能比“副优先级低”的那个优先响应，但不能打断。

STM32支持几个主优先级，几个副优先级？这个不是绝对的，它们的数目依赖于中断分组方式，由上图可见，总共有5种分组方式，以方式1为例，主优先级只占1bit，副优先级占3bit，那么我们在给中断设置优先级时，只能把这个中断的主优先级设置为0或1，因为主优先级只有1bit，这个中断的副优先级可以设置为0~7之间的一个数，因为副优先级有3bit。

选择分组方式很简单，库函数都提供好了：
NVIC_PriorityGroupConfig(XXXXX);//设置系统中断优先级分组方式
其中XXXXX代表分组方式，可以在5个宏中选其一，这就是上图中的5种分组方式：

下面看一个给串口中断设置中断优先级的例子：

NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = USART1_IRQn;//串口1中断通道
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority=3;//抢占优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority =3;		//子优先级3
NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;			//IRQ中断请求使能
NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);		

 

前文提到的中断屏蔽寄存器BASEPRI，屏蔽的是主优先级，关于这个寄存器的描述，不在STM32的手册中，而是在Cortex M0/1/2/3/4的手册中，请根据你的STM32型号查找，我的是F407，我就查Cortex M4的手册：

 

由上图我们可以发现，无论把BASEPRI设置为多少，都无法屏蔽主优先级为0的中断。

还要注意，这个寄存器最多只能屏蔽1~7号中断，如果我们设置中断分组为主2、副2，那么主优先级号就只可能是0~3共4个，要想用BASEPRI屏蔽2、3号主优先级，那么你不能把BASEPRI字段设置为2，而是要把BASEPRI字段的高2位设置为2！！！
如果设置分组时，把主优先级设置为1 bit，那么要想屏蔽1号中断，应该把BASEPRI字段的高1bit设置为1。相信朋友们已经看懂了，BASEPRI设置屏蔽号时，总是高bit位有效，那么具体是高几bit？其实就等于你所设置的主优先级的bit数。
几乎所有寄存器的字段的值都是从低位计算，唯独这个寄存器搞特殊，大家记住就行了。

 

读/写这个寄存器（注意，需要特权模式），CM4提供了库函数来操作它，头文件是"core_cmFunc.h"，函数名原型：  __STATIC_INLINE void __set_BASEPRI(uint32_t basePri);//设置
__STATIC_INLINE uint32_t  __get_BASEPRI(void);//读取

别的平台可以在工程中自行搜索BASEPRI，查找对应的库函数，如果找不到就自己写一个得了，就是两个很简单的汇编函数：
 

inline void set_BASEPRI(uint32_t basePri)
{
  register uint32_t __regBasePri         __ASM("basepri");
  __regBasePri = (basePri & 0xff);
}


inline uint32_t  get_BASEPRI(void)
{
  register uint32_t __regBasePri         __ASM("basepri");
  return(__regBasePri);
}

 

 

 

最后，我们来看看保护临界段的具体步骤：

（1）在初始化中设置好中断分组，假设我设置为主2 bit、副2bit，

（2）

①uint32_t  basePriBak = __get_BASEPRI();//备份中断屏蔽寄存器
②__set_BASEPRI(X << 6);//屏蔽所有主优先级号>=x的中断（X根据你的需要来设置）
③........//执行临界段
④__set_BASEPRI(basePriBak );//恢复中断状态

就这些了，很简单，可以把上述代码封装成宏以便使用。当然，如果想更简单一点，甚至可以不用保存BASEPRI的状态，直接在进入临界段前__set_BASEPRI(X << 6);，退出临界段后取消所有的屏蔽__set_BASEPRI(0)即可。

为什么这句代码中__set_BASEPRI(X << 6);是左移6？因为我把中断分组设置成了主优先级占2bit，也即BASEPRI的有效位为高2bit，也即bit7和bit6，所以要左移6。