七、FreeRTOS之FreeRTOS中断管理
这部分非常重要，小伙伴们必须要掌握的哈~本节需要学的内容如下：
1，什么是中断？（了解）
2，中断优先级分组设置（熟悉）
3，中断相关寄存器（熟悉）
4，FreeRTOS中断管理实验（掌握）
5，课堂总结（掌握）
一，什么是中断？（了解）
简介：让CPU打断正常运行的程序，转而去处理紧急的事件（程序）（其实就是ISR中断服务函数），就叫中断。
Example如下图所示，像不像屏幕前各位小伙伴呢？
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
二，中断优先级分组设置（熟悉）
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
子优先级：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
(example:两个中断的抢占优先级相同都是2，子优先级一个是1，一个是0，明显0高于1。假设子优先级是1的中断正在执行，但是子优先级是0的中断被触发了，子优先级是0的中断不会去抢占的，因为它们的抢占优先级是相同的，会等待子优先级是1的中断执行完才会去执行子优先级是0的中断)
注意：中断优先级数值越小越优先！
2.1 中断优先级分组设置（熟悉）
一共有 5 种分配方式，对应着中断优先级分组的 5 个组
| 优先级分组 |
抢占优先级 |
子优先级 |
优先级配置寄存器高 4 位 |
| NVIC_PriorityGroup_0 |
0 级抢占优先级 |
0-15 级子优先级 |
0bit 用于抢占优先级 |
| NVIC_PriorityGroup_1 |
0-1 级抢占优先级 |
0-7 级子优先级 |
1bit 用于抢占优先级 |
| NVIC_PriorityGroup_2 |
0-3 级抢占优先级 |
0-3 级子优先级 |
2bit 用于抢占优先级 |
| NVIC_PriorityGroup_3 |
0-7 级抢占优先级 |
0-1 级子优先级 |
3bit 用于抢占优先级 |
| NVIC_PriorityGroup_4 |
0-15 级抢占优先级 |
0 级子优先级 |
4bit 用于抢占优先级 |
FreeRTOS为了方便管理，使用的就是组4，全部用于抢占优先级，这样就很容易区分哪个优先级高，优先级高的可以去打断优先级低的，但是用作子优先级的，就不能实现打断操作。
通过调用函数HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4）即可完成设置。这个函数在HAL_Init中设置。
FreeRTOS官网关于中断说明：FreeRTOS官网关于中断说明。
特点：
1、低于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY优先级的中断里才允许调用FreeRTOS 的API函数。这个宏我们设置的是15。
2、建议将所有优先级位指定为抢占优先级位，方便FreeRTOS管理。（调用函数HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4)
3、中断优先级数值越小越优先，任务优先级数值越大越优先。
三，中断相关寄存器（熟悉）
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
表出自：《Cortex M3权威指南(中文)》第286页！
下面两条需要我们尤为关注：
一个是PendSV的优先级：任务切换，任务调度都是在PendSV里面实现的。
一个是SysTick的优先级：滴答定时器的优先级设置，滴答定时器就是给我们的系统提供心跳节拍的。
比如要设置PendSV的优先级就是 SHPR3寄存器地址再偏移16位
SysTick的优先级 SHPR3寄存器地址再左移24位
3.1 FreeRTOS如何配置PendSV和Systick中断优先级？
害，我讨厌水印！我的水印盖住了地址。。。。。
所以：PendSV和SysTick设置最低优先级
设置最低：保证系统任务切换不会阻塞系统其他中断的响应
三个中断屏蔽寄存器，分别为 PRIMASK、 FAULTMASK 和BASEPRI
FreeRTOS所使用的中断管理就是利用的BASEPRI这个寄存器
BASEPRI：屏蔽优先级低于某一个阈值的中断
比如： 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
（0x50>>4 = 0x05）
BASEPRI：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
关中断程序示例：
configPRIO_BITS = 4 8-4 = 4 为什么左移四位就是因为优先级的设置低四位是无效的。
中断优先级在5 ~ 15的全部被关闭
当BASEPRI设置为0x50时：
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
开中断程序示例：
FreeRTOS中断管理就是利用BASEPRI寄存器实现的
四，FreeRTOS中断管理实验（掌握）
4.1 实验目的
学会使用FreeRTOS的中断管理！会使用两个定时器，一个优先级为4，一个优先级为6，注意：系统所管理的优先级范围：5~15，
现象：两个定时器每1s，打印一段字符串，当关中断时，停止打印，开中断时持续打印。
4.2、实验设计
将设计2个任务：start_task、task1
2个任务的功能如下：
- 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！
4.3、参考代码
btim.h
****************************************************************************************************
*/
#ifndef __BTIM_H
#define __BTIM_H
#include "./SYSTEM/sys/sys.h"
/******************************************************************************************/
/* 基本定时器 定义 */
/* TIMX 中断定义
* 默认是针对TIM6/TIM7
* 注意: 通过修改这4个宏定义,可以支持TIM1~TIM8任意一个定时器.
*/
#define BTIM_TIMX_INT TIM6
#define BTIM_TIMX_INT_IRQn TIM6_DAC_IRQn
#define BTIM_TIMX_INT_IRQHandler TIM6_DAC_IRQHandler
#define BTIM_TIMX_INT_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_TIM6_CLK_ENABLE(); }while(0) /* TIM6 时钟使能 */
#define BTIM_TIM7_INT TIM7
#define BTIM_TIM7_INT_IRQn TIM7_IRQn
#define BTIM_TIM7_INT_IRQHandler TIM7_IRQHandler
#define BTIM_TIM7_INT_CLK_ENABLE() do{ __HAL_RCC_TIM7_CLK_ENABLE(); }while(0) /* TIM6 时钟使能 */
/******************************************************************************************/
void btim_timx_int_init(uint16_t arr, uint16_t psc); /* 基本定时器 定时中断初始化函数 */
void btim_tim7_int_init(uint16_t arr, uint16_t psc); /* 基本定时器 定时中断初始化函数 */
#endif
btim.c
****************************************************************************************************
*/
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/TIMER/btim.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
TIM_HandleTypeDef g_timx_handle; /* 定时器参数句柄 */
TIM_HandleTypeDef g_tim7_handle; /* 定时器参数句柄 */
/**
* @brief 基本定时器TIMX定时中断初始化函数
* @note
* 基本定时器的时钟来自APB1,当PPRE1 ≥ 2分频的时候
* 基本定时器的时钟为APB1时钟的2倍, 而APB1为45M, 所以定时器时钟 = 90Mhz
* 定时器溢出时间计算方法: Tout = ((arr + 1) * (psc + 1)) / Ft us.
* Ft=定时器工作频率,单位:Mhz
*
* @param arr : 自动重装值。
* @param psc : 时钟预分频数
* @retval 无
*/
void btim_timx_int_init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
g_timx_handle.Instance = BTIM_TIMX_INT; /* 定时器x */
g_timx_handle.Init.Prescaler = psc; /* 分频 */
g_timx_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; /* 递增计数模式 */
g_timx_handle.Init.Period = arr; /* 自动装载值 */
HAL_TIM_Base_Init(&g_timx_handle);
HAL_TIM_Base_Start_IT(&g_timx_handle); /* 使能定时器x和定时器更新中断 */
}
/* TIM7初始化函数 */
void btim_tim7_int_init(uint16_t arr, uint16_t psc)
{
g_tim7_handle.Instance = BTIM_TIM7_INT; /* 定时器x */
g_tim7_handle.Init.Prescaler = psc; /* 分频 */
g_tim7_handle.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; /* 递增计数模式 */
g_tim7_handle.Init.Period = arr; /* 自动装载值 */
HAL_TIM_Base_Init(&g_tim7_handle);
HAL_TIM_Base_Start_IT(&g_tim7_handle); /* 使能定时器x和定时器更新中断 */
}
/**
* @brief 定时器底层驱动，开启时钟，设置中断优先级
此函数会被HAL_TIM_Base_Init()函数调用
* @param 无
* @retval 无
*/
void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if (htim->Instance == BTIM_TIMX_INT)
{
BTIM_TIMX_INT_CLK_ENABLE(); /* 使能TIMx时钟 */
HAL_NVIC_SetPriority(BTIM_TIMX_INT_IRQn, 6, 0); /* 抢占6，子优先级0 */
HAL_NVIC_EnableIRQ(BTIM_TIMX_INT_IRQn); /* 开启ITMx中断 */
}
if(htim->Instance == BTIM_TIM7_INT)
{
BTIM_TIM7_INT_CLK_ENABLE(); /* 使能TIM7时钟 */
HAL_NVIC_SetPriority(BTIM_TIM7_INT_IRQn, 4, 0); /* 抢占4，子优先级0 */
HAL_NVIC_EnableIRQ(BTIM_TIM7_INT_IRQn); /* 开启ITM7中断 */
}
}
/**
* @brief 基本定时器TIMX中断服务函数
* @param 无
* @retval 无
*/
void BTIM_TIMX_INT_IRQHandler(void)
{
HAL_TIM_IRQHandler(&g_timx_handle); /* 定时器回调函数 */
}
/* TIM7中断服务函数 */
void BTIM_TIM7_INT_IRQHandler(void)
{
HAL_TIM_IRQHandler(&g_tim7_handle); /* 定时器回调函数 */
}
/**
* @brief 回调函数，定时器中断服务函数调用
* @param 无
* @retval 无
*/
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
if (htim->Instance == BTIM_TIMX_INT)
{
printf("TIM6优先级为6的正在运行！！！\r\n");
}else if(htim->Instance == BTIM_TIM7_INT)
{
printf("TIM7优先级为4的正在运行！！！！！\r\n");
}
}
demo.c
****************************************************************************************************
*/
#include "freertos_demo.h"
#include "./SYSTEM/usart/usart.h"
#include "./BSP/LED/led.h"
#include "./BSP/LCD/lcd.h"
#include "./BSP/KEY/key.h"
#include "./SYSTEM/delay/delay.h"
/*FreeRTOS*********************************************************************************************/
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
/******************************************************************************************************/
/*FreeRTOS配置*/
/* START_TASK 任务 配置
* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务
*/
#define START_TASK_PRIO 1
#define START_TASK_STACK_SIZE 128
TaskHandle_t start_task_handler;
void start_task( void * pvParameters );
/* TASK1 任务 配置
* 包括: 任务句柄 任务优先级 堆栈大小 创建任务
*/
#define TASK1_PRIO 2
#define TASK1_STACK_SIZE 128
TaskHandle_t task1_handler;
void task1( void * pvParameters );
/******************************************************************************************************/
/**
* @brief FreeRTOS例程入口函数
* @param 无
* @retval 无
*/
void freertos_demo(void)
{
xTaskCreate((TaskFunction_t ) start_task,
(char * ) "start_task",
(configSTACK_DEPTH_TYPE ) START_TASK_STACK_SIZE,
(void * ) NULL,
(UBaseType_t ) START_TASK_PRIO,
(TaskHandle_t * ) &start_task_handler );
vTaskStartScheduler();
}
void start_task( void * pvParameters )
{
taskENTER_CRITICAL(); /* 进入临界区 */
xTaskCreate((TaskFunction_t ) task1,
(char * ) "task1",
(configSTACK_DEPTH_TYPE ) TASK1_STACK_SIZE,
(void * ) NULL,
(UBaseType_t ) TASK1_PRIO,
(TaskHandle_t * ) &task1_handler );
vTaskDelete(NULL);
taskEXIT_CRITICAL(); /* 退出临界区 */
}
/* 任务一，实现LED0每500ms翻转一次 */
void task1( void * pvParameters )
{
uint8_t task1_num = 0;
while(1)
{
if(++task1_num == 5)
{
task1_num = 0;
printf("关中断！！\r\n");
portDISABLE_INTERRUPTS();
delay_ms(5000);
printf("开中断！！！\r\n");
portENABLE_INTERRUPTS();
}
vTaskDelay(1000);
}
}
五、总结
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