freertos---中断管理（二）
在FreeRTOS中，中断的优先级和任务的优先级是有区别的。
- 任务的优先级是由用户设置内核管理器管理的软件特性（software feature），与操作系统所在的硬件平台无关
- 中断的优先级是由硬件平台相关的硬件特性（hardware feature），在中断代码运行的时候任务的代码将无法运行。即使是拥有最小优先级的中断也会打断拥有最高优先级的任务。
通常需要在中断服务函数(ISR)中调用FreeRTOS的API函数，但许多的API在ISR中是不安全的，其中一些API会将调用的任务转换到阻塞态，如果在ISR中调用了这类API则会出现很多问题。FreeRTOS对于一些系统API函数提供两种版本，一种是供任务调用的，一种是供中断调用的（Interrupt Safe API）。由中断调用的API函数后缀上会有“FromISR”。
注：只有以”FromISR”或”FROM_ISR”结束的API 函数或宏才可以在中断服务例程中。
延迟中断处理（延迟中断处理）
由于种种原因，中断服务程序必须尽可能快地退出，因此，中断所需的任何其他处理可以放在任务中执行，这种方式叫做延迟中断处理。
如果中断处理被推迟到的任务的优先级高于任何其他任务，那么延迟处理将立即执行，效果就像在 ISR 本身中执行。
使用二值信号量（Binary Semaphores）同步
二值信号量可以在中断发生时解锁处在block state的任务，使得任务和中断“同步”。通常延迟中断处理的任务需要设置成较高的优先级，使得ISR中调用portYIELD_FROM_ISR()时候，调度器优先调度延迟中断处理的任务。
如何理解二值信号量：
在这种中断-任务同步场景中，二进制信号量在概念上可以被认为是一个长度为 1 的队列。，队列在任何时候最多可以包含一个项目，因此总是空的或满的（二值）。
在任务中调用xSemaphoreTake()函数，当take到的信号量为空，则会直接阻塞掉当前任务。
当在中断服务程序中调用xSemaphoreGiveFromISR() 函数时，会将信号量放入队列，此时队列为满。此时任务检测到队列满的时候，会退出阻塞状态。
如下图所示：
- t1：task1处在运行态，task2处在阻塞态，等待二值信号量的到来。
- t2：执行中断服务程序，给task2发送信号量，导致task2进入就绪态。
- t3：isr程序执行完成，任务调度器重新进行调度，task1和2都处于就绪态，但是task2优先级高，因此执行task2
- t4：延迟中断处理完成，task2重新进入阻塞态，等待二值信号量。task1进入运行态
相关API函数：
| API原型 | 函数说明 | 参数说明 | 返回值 |
|
SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateBinary( void );
|
创建一个二值信号量，在使用二值信号量之前必须要创建它才可以使用 | 无 | NULL 表示没有足够的堆空间分配给队列而导致创建失败。 非 NULL 值表示创建成功。此返回值应当保存下来，以作为操作此定时器的句柄 |
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SemaphoreHandle_t xSemaphoreCreateCounting( UBaseType_t uxMaxCount,
UBaseType_t uxInitialCount );
|
创建一个计数信号量 |
|
NULL 表示没有足够的堆空间分配给队列而导致创建失败。 非 NULL 值表示创建成功。此返回值应当保存下来，以作为操作此定时器的句柄 |
|
BaseType_t xSemaphoreTake( SemaphoreHandle_t xSemaphore, TickType_t xTicksToWait );
|
表示获取或接收到一个信号量，只有在信号量存在时才能获取 除了递归互斥锁外，所有信号量都可以使用xSemaphoreTake()获取，但是不能在ISR中调用它。 |
|
pdPASS：获取信号量成功 pdFALSE：信号量获取失败，表示在阻塞等待xTicksToWait的时间到达后，信号量依然不可用 |
|
BaseType_t xSemaphoreGiveFromISR( SemaphoreHandle_t xSemaphore,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );
|
xSemaphoreGive的中断安全版本。 表示给定一个信号量(包括二值信号量或者计数信号量) |
|
pdPASS：写信号量成功 pdFALSE：信号量写失败，表示在阻塞等待xTicksToWait的时间到达后，队列满，信号量写入失败 |
| void *pvTimerGetTimerID( TimerHandle_t xTimer ); |
获取定时器id，通常用在回调函数中。 当多个定时器的回调函数相同，在回调函数获取id从而辨识是哪一个定时器调用的回调函数。 |
|
获取到的id |
| BaseType_t xTimerChangePeriod( TimerHandle_t xTimer, TickType_t xNewTimerPeriodInTicks, TickType_t xTicksToWait ); |
修改定时器的定时时间。 在休眠状态下调用该API，会使得定时器开始运行，不需要执行start函数；在运行状态下调用该API，修改定时时间，定时器还处在运行状态。 中断模式下应使用xTimerChangePeriodFromISR() |
|
pdPASS：更改定时器时间命令成功发送到定时器命令队列 pdFALSE：如 果 由 于 队 列 已 满 而 无 法 将 数 据 写 入(超时时间过了依旧不能写入) |
| BaseType_t xTimerReset( TimerHandle_t xTimer, TickType_t xTicksToWait ); |
复位定时器，即重新启动定时器，定时器的超时时间从reset定时器开始算起，并不是从一开始启动的时间算起。 在休眠模式下调用该API，会自动启动定时器。 中断模式下应使用 xTimerResetFromISR() |
|
pdPASS：复位定时器的命令成功发送到定时器命令队列 pdFALSE：如 果 由 于 队 列 已 满 而 无 法 将 数 据 写 入(超时时间过了依旧不能写入) |
计数信号量（Counting Semaphores ）
上面说了，二值信号量可以理解为队列深度为1的队列。那么计数信号量就可以理解为队列深度大于1的队列，不关心队列元素的内容，只关心队列元素的个数。使用计数信号量的时候，应该将FreeRTOSConfig.h文件的configUSE_COUNTING_SEMAPHORES 设置为1
计数信号量的典型用法：
① 事件计数：
某个事件发生的时候，give一个信号量（计数值+1）。处理某个事件的时候，take一个信号量(计数值-1)。最终的计数值就是待处理的时间的个数。
② 资源管理：
计数值指示可用资源的数量。 要获得对资源的控制权，任务必须首先获得一个信号量(计数值-1)。 当计数值达到零时，没有空闲资源。 当一个任务用完资源时，它“返还”信号量（计数值+1）
延迟中断处理到守护任务
使用 xTimerPendFunctionCallFromISR()API 函数来延迟中断到守护进程任务——无需为每个中断创建单独的任务。 将中断处理延迟到守护程序任务称为“集中延迟中断处理”。
xTimerPendFunctionCall() 和 xTimerPendFunctionCallFromISR() API 函数使用定时器命令队列向守护任务发送“执行函数”命令(发送的命令队列的尾部)。 发送到守护任务的函数会在守护任务的中执行。
| API原型 | 函数说明 | 参数说明 | 返回值 |
|---|---|---|---|
|
BaseType_t xTimerPendFunctionCallFromISR( PendedFunction_t xFunctionToPend,
void *pvParameter1,
uint32_t ulParameter2,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken );
|
将函数指针和相关 参数写入定时器命令队列 |
|
pdPASS：写入成功 pdFALSE：写入失败。这个api不支持设置超时时间 |
/*
中断回调函数，该中断可以理解为硬件定时器中断
*/
static uint32_t ulTimInterruptHandler( void )
{
static uint32_t ulParameterValue = 0;
BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken;
xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
xTimerPendFunctionCallFromISR( vDeferredHandlingFunction, /* Function to execute. */
NULL, /* Not used. */
ulParameterValue, /* Incrementing value. */
&xHigherPriorityTaskWoken );
ulParameterValue++;
portYIELD_FROM_ISR( xHigherPriorityTaskWoken );
}
/*推迟到守护任务执行的函数*/
static void vDeferredHandlingFunction( void *pvParameter1, uint32_t ulParameter2 )
{
vPrintStringAndNumber( "Handler function - Processing event ", ulParameter2 );
}中断嵌套（Interrupt Nesting）
几个关键的宏定义：
| 宏 | 含义 |
|---|---|
|
configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY or
configMAX_API_CALL_INTERRUPT_PRIORITY
|
这两个宏的意义完全一样， 只不过不同版本可能使用的不同的宏
设置可以调用 FreeRTOS API （中断安全）的最高中断优先级。 当中断逻辑优先级小于等于这个宏所代表的优先级时，可以在中断服务程序中调用API函数；逻辑优先级大于这个宏所代表的优先级，表示FREERTOS无法禁止这个中断，在这个中断服务程序中不可以调用任何API函数 |
|
config KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY
|
设置系统心跳时钟(一般是滴答定时器中断)的中断优先级，并且必须始终设置为可能的最低中断优先级。 滴答定时器的中断不是通过硬件本身决定的吗，这个宏会操作硬件寄存器吗？ 答：是的，在源文件的port.c中有体现 |
为了说明上面两个宏定义的含义，我们举例：
某种处理器有7种优先级，且数字优先级越大，逻辑优先级越高
将configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY设置为1
configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 设置为3
1. 当内核或应用程序位于临界区内，将阻止执行使用优先级1至3（包括1和3）的中断。因此，以这些优先级运行的ISR可以使用中断安全的FreeRTOS API函数。（这句话难以理解，看完第七章再回来看就明白了）
最低优先级的中断可以中断最高优先级的任务，所有任务不能抢占任何中断函数
configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY是FreeRTOS系统能够屏蔽的最高优先级，规定中断优先级比configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY高不能调用FreeRTOS API（如此高的中断优先级，已经不在FreeRTOS系统控制范围内）。
屏蔽的意思不是说中断不能够打断任务，而是说中断发生了，但是rtos可以选择不执行回调函数。具体可以看源码！
注意理解上面屏蔽
2、当中断优先级大于等于4的时候，内核调度器不会阻止中断服务程序的运行(即使在临界区内也不阻止)。以这些优先级执行的ISR不能使用任何FreeRTOS API函数
3、因此，在要求快速响应中断的场合，需要将该中断优先级设置为大于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY ，也就是大于等于4
总结：
如果在中断服务程序中调用某一些FreeRTOS的API函数时需要注意，如果有ISR版本的一定要调用末尾带ISR的函数，并且中断服务程序要调用freeRTOS的API接口则中断优先级不能高于配置宏（configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY）的值
#ifndef configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 255
#endif
#define portNVIC_PENDSV_PRI ( ( ( uint32_t configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY ) << 16UL )
#define portNVIC_SYSTICK_PRI ( ( ( uint32_t )
configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY ) << 24UL )
#define portNVIC_SHPR3_REG ( ( volatile uint32_t * ) 0xe000ed20 )
BaseType_t xPortStartScheduler( void )函数里面会对优先级进行设置
/* Make PendSV and SysTick the lowest priority interrupts. */
portNVIC_SHPR3_REG |= portNVIC_PENDSV_PRI;
portNVIC_SHPR3_REG |= portNVIC_SYSTICK_PRI;
/* 设置PendSV和Systick中断优先级为最低，这里是操作寄存器直接设置，
为什么要设置最低，因为任务切换就是在PendSV中运行，为了让其他中断能够及时的运行，
为什么要在PendSV中切换任务，因为PendSV可以挂起延迟执行，具体参考Cortex-M3 权威指南第7
章异常SVC和PendSV */ref：
FreeRTOS 从入门到精通9--中断管理 - 知乎
freeRTOS中文实用教程3--中断管理之延迟中断处理 - jasonactions - 博客园
学习FreeRTOS之中断管理_4-zhuimengcanyang-ChinaUnix博客
configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY理解_百度搜索
学FreeRTOS有感（1）两种中断 - 程序园
freeRTOS 优先级设置 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY_淡痕的博客-CSDN博客