通信接口互斥设计

在嵌入式软件中,常用的通信接口例如SPI、I2C、UART等,在MCU与外设的通信过程中,需要确保通信时序不被打断,否则会造成某些不可预料的通信异常问题。

举个例子:
  MCU需要发送0xAABB指令操作外设
  - 当MCU发送了0xAA后被打断,转而执行其他代码,0xBB未能及时发送,这样一个指令被拆成了两部分,在有时钟信号的通信模块中,可能问题不大,但是如果没有时钟,外设会发生什么异常就不可而知了。
  - 当MCU发送了0xAA后被打断,转而执行其他代码,然而此代码也是给当前外设发送0xAABB指令,那么外设收到的指令就变成了0xAAAABBBB。在这种情况下,外设如何处理呢,是报错还是能正确的执行一次通信呢?

那么,常见的通信场景有哪些,并且需要注意的呢?

1. 软件初始化过程中通信
  软件初始化时,通常需要对外设进行初始化,并且会进行一些查询或者特定的设置操作,此时就要用到通信模块了。
  在初始化过程中,命令一般是无法响应的,并且定时任务还未启动,所以此时只需要考虑中断函数的影响。在大多数情况下,我们认为初始化过程中,软件是不需要响应外界的,因此正确的做法一般是:
  - 初始化开始
  - 锁中断
  - 初始化外设
  - 解锁中断
  - 初始化结束

2. 命令交互过程中通信
  在软件中通常会设计一套对外通信接口协议,如果存在接口需要对外设进行读写,那么需要考虑互斥问题。
  如果存在中断函数对同样的外设进行操作,需要在命令处理函数中,进行锁中断操作;
  如果存在定时任务对同样的外设进行操作,需要分两种情况考虑:
  - 当定时任务与命令交互的执行逻辑是一个串行流程时,不存在互斥问题;
  - 当定时任务是操作系统中的一个线程,并且线程的优先级高于命令处理,则存在互斥问题,需要考虑场景:当命令中访问外设时,被定时任务打断,需要使用信号量进行互斥处理。
  
3. 定时任务中通信
  定时任务的设计逻辑与第二点中的命令交互类似,可以合并考虑。
  如果存在中断函数对同样的外设进行操作,需要在定时任务中,进行锁中断操作;
  如果存在命令对同样的外设进行操作,需要分两种情况考虑:
  - 当命令与定时任务交互的执行逻辑是一个串行流程时,不存在互斥问题;
  - 当命令处理是操作系统中的一个线程,并且线程的优先级高于定时任务,则存在互斥问题,需要考虑场景:当定时任务中访问外设时,被命令处理打断,需要使用信号量进行互斥处理。

4. 中断函数中通信
  中断函数一般是优先级最高的,不需要考虑被其他普通场景打断。但是需要考虑一种特殊场景,那就是被更高优先级的中断打断,一般来说,不推荐做这种中断设计,因此不考虑。

5. Tips:关于锁中断
  锁中断是一个高危操作,有可能会导致中断函数不能及时执行,更严重的甚至会丢中断,因此需要结合软件的业务特点整体设计考虑,是否能锁中断,以及应该在哪里锁中断!

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