嵌入式系统中中断是必不可少的一部分;
【FreeRTOS实战汇总】小白博主的RTOS学习实战快速进阶之路(持续更新)
本文会在中断基础上对FreeRTOS
的中断管理做一个介绍,读者需要掌握中断的概念,本文暂不会对此进行深入介绍;再操作系统中,中断随处可见,从Windows
的中断,Linux
的中断,以及RTOS
的中断,其处理过程都是相同的;无论是软件中断还是硬件中断,在接收到中断源发出的中断请求之后,就会触发中断,CPU寻找中断向量表,然后跳转到中断服务函数,具体如下所示;
什么是中断源,通常就PC
来说,中断源可以是以下几种:
那么,如何在中断服务函数和RTOS的任务之间,安全地完成数据的交互呢?下面会进一步介绍。
中断发生的时候,会打断正常执行的函数,这时候就会进行现场保护,即将当前各个寄存器的值压到入栈,执行玩中断之后恢复现场,即出栈,重新恢复各个寄存器的值,系统还原到中断之前的状态;具体如下图所示;
FreeRTOS
中,中断需要注意几点:
ISR
)要处理的数据量有多大,通常我们希望中断的切换越快越好,也就是说,ISR
尽量采用耗时较少的处理方式;ISR
函数),如何设计程序的架构可以完成良好的异步处理过程;FreeRTOS
提供的中断安全API
,通常这些函数接口的后缀为xxxxxISR()
,例如xQueueSendFrom
;上面提到过,中断服务函数应该尽量断,因此这里才用中断的前部和中断的后部来处理;
Task
任务中执行;上述的方式也可以称之为延迟中断处理,具体的思路是:对应的中断创建一个相应的handler task
,使用二值信号量去同步,在某个特殊的中断发生时,发送信号量,让任务解除阻塞,相当于让任务与中断同步。这样就可以让中断事件处理量大的工作在同步任务中完成,中断服务例程(ISR)中只是快速处理少部份工作,几点罗列一下;
handler
)任务中;关于信号量(Semaphore
):通俗的解释,信号量是一个数,二值信号量,互斥信号量,只能表示0
和1
,假设一个信号量X
,两个任务A,B;
X
被设为0
,B
任务都处于堵塞状态,等待A
任务释放信号量;A
任务释放了信号量,则该信号量X
被设为1
,B
任务获取了信号量,则进入运行状态; 2API
:semphr.h
中,下面进一步介绍;通常信号量的同步操作如下图所示;
FreeRTOS
中各种信号量的句柄都存储在 xSemaphoreHandle
类型的变量中,在使用信号量之前,必须先通过vSemaphoreCreateBinary
创建信号量,其具体函数原型如下;
#if( configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION == 1 )
#define vSemaphoreCreateBinary( xSemaphore ) \
{ \
( xSemaphore ) = xQueueGenericCreate( ( UBaseType_t ) 1, semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH, queueQUEUE_TYPE_BINARY_SEMAPHORE ); \
if( ( xSemaphore ) != NULL ) \
{ \
( void ) xSemaphoreGive( ( xSemaphore ) ); \
} \
}
#endif
可以看到这个接口是通过调用xQueueGenericCreate
函数创建了大小为1
个semSEMAPHORE_QUEUE_ITEM_LENGTH
的信号量,并且创建成功之后,通过xSemaphoreGive
将信号量设置为1
,此时信号量有效;
“带走(Taking)”一个信号量意为”获取(Obtain)”或”接收(Receive)”信号量。只有当信号量有效的时候才可以被获取。在经典信号量术中,xSemaphoreTake()
等同于一次P()
操作。函数原型如下所示;
#define xSemaphoreTake( xSemaphore, xBlockTime ) \
xQueueSemaphoreTake( ( xSemaphore ), ( xBlockTime ) )
xSemaphoreGiveFromISR()
是 xSemaphoreGive()
的特殊形式, 专门用于中断服务函数中,其函数原型如下;
#define xSemaphoreGiveFromISR( xSemaphore, pxHigherPriorityTaskWoken ) \
xQueueGiveFromISR( ( QueueHandle_t ) ( xSemaphore ), ( pxHigherPriorityTaskWoken ) )
上面讲的二值信号量最多只能锁存一个事件,通俗的讲只能进行一对一的触发,也就是说在中断频率相对较低的情况下,使用二值信号量是比较完美的,但是在中断频率较高的情况下,会出现这种情况:
xSemaphoreCreateCounting
函数,函数原型如下所示;#if( configSUPPORT_DYNAMIC_ALLOCATION == 1 )
#define xSemaphoreCreateCounting( uxMaxCount, uxInitialCount ) \
xQueueCreateCountingSemaphore( ( uxMaxCount ), ( uxInitialCount ) )
#endif
创建一个计数信号量;
xCountingSemaphore = xSemaphoreCreateCounting( 10, 0 );
具体中断和任务通过计数信号量的同步过程可以参考下图;
本文对FreeRTOS
中如何对中断服务函数和任务进行同步做了简单介绍,分析了通过二值信号量和计数信号量这两种场景的应用和注意事项,另外作者能力有限,难免存在错误和纰漏,请不吝赐教。
Mastering_the_FreeRTOS_Real_Time_Kernel-A_Hands-On_Tutorial_Guide ↩︎
FREERTOS 实时内核实用指南,Zou Changjun ↩︎