【学习FreeRTOS】第6章——FreeRTOS中断管理

【本篇文章的也可参考STM32中断文章http://t.csdn.cn/foF9I，结合着学习效果更好】

1.什么是中断

中断：让CPU打断正常运行的程序，转而去处理紧急的事件（程序），就叫中断中断执行机制，可简单概括为三步：

• 中断请求：外设产生中断请求（GPIO外部中断、定时器中断等）
• 响应中断：CPU停止执行当前程序，转而去执行中断处理程序（ISR）
• 退出中断：执行完毕，返回被打断的程序处，继续往下执行
  

2.中断优先级分组设置

ARM Cortex-M 使用了8 位宽的寄存器来配置中断的优先等级，这个寄存器就是中断优先级配置寄存器，但STM32只用了中断优先级配置寄存器的高4位 [7 : 4]，所以STM32提供了最大16级的中断优先等级，STM32 的中断优先级可以分为抢占优先级和子优先级。

• 抢占优先级： 抢占优先级高的中断可以打断正在执行但抢占优先级低的中断
• 响应优先级：当同时发生具有相同抢占优先级的两个中断时，子优先级数值小的优先执行
  【注意：中断优先级数值越小越优先】
  

中断优先级分组一共有 5 种分配方式，对应着中断优先级分组的 5 个组，FreeRTOS建议将优先级分组设为4【见链接】，通过调用函数HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4）即可完成设置（在HAL_Init中设置）

• 低于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY优先级的中断里才允许调用FreeRTOS 的API函数
• 建议将所有优先级位指定为抢占优先级位，方便FreeRTOS管理（HAL_NVIC_SetPriorityGrouping）
• 中断优先级数值越小越优先，任务优先级数值越大越优先
  

3.中断相关寄存器

3.1.系统中断优先级寄存器

三个系统中断优先级配置寄存器，分别为 SHPR1、 SHPR2、 SHPR3
SHPR1寄存器地址：0xE000ED18
SHPR2寄存器地址：0xE000ED1C
SHPR3寄存器地址：0xE000ED20

PendSV和SysTick设置最低优先级，保证系统任务切换不会阻塞系统其他中断的响应

• 图1为设置PendSV和SysTick的语句，对portNVIC_SHPR3_REG进行置位操作。
• 图2为portNVIC_SHPR3_REG的宏定义，地址指向portNVIC_SHPR3_REG的首地址。
• 图3为将configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY分别偏移16位和24位，偏移至PendSV和SysTick寄存器所在的位置
• 图4为configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY的定义，将中断管理的最低级优先级左移4位（STM32只用了中断优先级的高四位），也就是说，PendSV和SysTick的优先级设置为STM32管理的最低中断优先级位（15）

3.2.中断屏蔽寄存器

ARM Cortex-M有三个用于屏蔽中断的寄存器，分别为 PRIMASK、 FAULTMASK 和BASEPRI

FreeRTOS使用的中断管理就是利用BASEPRI，用于屏蔽优先级低于某一个阈值的中断【当设置为0时，则不关闭任何中断】，举例： BASEPRI设置为0x50，代表中断优先级在5-15内的均被屏蔽，0-4的中断优先级正常执行，如下图所示：

在中断服务函数中调度FreeRTOS的API函数需注意：

1. 中断服务函数的优先级需在FreeRTOS所管理的范围内
2. 在中断服务函数里边需调用FreeRTOS的API函数，必须使用带“FromISR”后缀的函数

• BASEPRI关中断程序示例—— portDISABLE_INTERRUPTS()（中断优先级在5 ~ 15的全部被关闭）

#define portDISABLE_INTERRUPTS() 						vPortRaiseBASEPRI()
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY            ( configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )
#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY    5      /* FreeRTOS可管理的最高中断优先级 */ 

static portFORCE_INLINE void vPortRaiseBASEPRI( void ) 
{ 
	uint32_t ulNewBASEPRI = configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY; 
	__asm 
	{
		msr basepri, ulNewBASEPRI 
		dsb 
		isb
	} 
}

• BASEPRI开中断程序示例——portENABLE_INTERRUPTS()

#define portENABLE_INTERRUPTS()		 vPortSetBASEPRI( 0 )
static portFORCE_INLINE void vPortSetBASEPRI( uint32_t ulBASEPRI ) 
{ 
	__asm
	{
		msr basepri, ulBASEPRI
	} 
}

3.3.中断控制状态寄存器

中断状态状态寄存器（ICSR）的地址为0OxE000ED04，用于设置和清除异常的挂起状态，以及获取当前系统正在执行的异常编号，各比特位的功能描述如下表所示。这个寄存器主要关注VECTACTIVE段[8:0]，通过读取VECTACTIVE段就能够判断当前执行的代码是否在中断中。

4.FreeRTOS中断管理实验

• 实验目的：学会使用FreeRTOS的中断管理，本实验会使用两个定时器，一个优先级为4（不受控制），一个优先级为6（受控制），系统所管理的优先级范围：5~15
• 实验现象：两个定时器每1s，打印一段字符串。低优先级定时器关中断时，停止打印，开中断时持续打印。但是高优先级定时器不受影响
• 实验设计：将设计2个任务：start_task、task1
  start_task：用来创建task1任务
  task1：中断测试任务，任务中将调用关中断和开中断函数来体现对中断的管理作用