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uCOS3实时操作系统（系统架构和中断管理）

news 来源：原创 2025/4/22 16:11:17

文章目录

系统架构
中断管理
- ARM中断寄存器相关知识
- ucos中断机制

系统架构

ucos主要包含三个部分的源码：
1、OS核心源码及其配置文件（ucos源码）
2、LIB库文件源码及其配置文件（库文件，比如字符处理、内存管理）
3、CPU板级源码及其配置文件（用于适配不同的开发板）
PendSV 中断的实现，裸机是不需要实现这个函数的，ucos的任务切换就是通过软件触发PendSV中断调用汇编函数 OSStartHighRdy 实现。
SysTick 中断的实现，裸机中通过此中断实现系统时钟HAL_TICK，ucos也是通过该中断调用 OS_CPU_SysTickHandler(); 实现。
以上两个中断接口需要在中断向量表进行修改，注意SysTick的中断函数是自己手动实现不需要修改名称，添加 OS_CPU_SysTickHandler(); 即可，而PendSV 是ucos汇编源码实现，需要在中断向量表修改接口。

中断管理

ARM中断寄存器相关知识

外部中断的优先级设置通过NVIC寄存器设置，ARM Cortex-M 的 NVIC 最大可支持 256 个中断源，其中包括 16 个系统中断和 240 个外部中断。然而芯片厂商一般情况下都用不完这些资源，以正点原子的战舰开发板为例，所使用的STM32F103ZET6 芯片就只用到了 10 个系统中断和 60 个外部中断。
ARM Cortex-M 使用了 8bit 位宽的寄存器来配置中断的优先级，这个寄存器就是中断优先级配置寄存器，因此中断优先级的配置范围就应该是 0 ~ 255。但是芯片厂商一般用不完这些资源，对于 STM32，只用到了中断优先级配置寄存器的高四位[7:4]，低四位[3:0]取零处理，因此 STM32 提供了最大 2^4^=16 级（0~15）的中断优先级等级。
进一步的，ARM Cortex-M 还使用了抢占优先级和子优先级的机制，在 STM32 上使用 µC/OS-III 时，使用中断优先级分组 4（NVIC_PriorityGroup_4）即优先级配置寄存器的高四位全部用于抢占优先级，不使用子优先级，那么这么一来只需要设置中断的抢占优先级即可。
系统中断的优先级通过以下三个寄存器设置：
系统中断屏蔽主要通过三个寄存器实现：
PRIMASK：PRIMASK 寄存器有 32bit，但只有 bit0 有效，是可读可写的，将 PRIMASK 寄存器设置为 1 用于屏蔽除 NMI 和 HardFault 外的所有异常和中断，将 PRIMASK 寄存器清 0 用于使能中断。
FAULTMASK：FAULTMASK 寄存器有 32bit，但只有 bit0 有效，也是可读可写的，将 FAULTMASK寄存器设置为 1 用于屏蔽除 NMI 外的所有异常和中断，将 FAULTMASK 寄存器清零用于使能中断。
BASEPRI：BASEPRI 有 32bit，但只有低 8 位[7:0]有效，也是可读可写的。 BASEPRI 寄存器比起 PRIMASK 和 FAULTMASK 寄存器直接屏蔽掉大部分中断的方式， BASEPRI 寄存器的功能显得更加细腻， BASEPRI 用于设置一个中断屏蔽的阈值，设置好 BASEPRI 后，中断优先级低于 BASEPRI 的中断就都会被屏蔽掉， µC/OS-III 就是使用 BASEPRI 寄存器来管理受 µC/OS-III管理的中断的，而不受 µC/OS-III 管理的中断，则不受 µC/OS-III 的影响。

ucos中断机制

中断优先级可以理解为抢占优先级，任务优先级可以理解为子优先级
在ucos中，PendSV的中断优先级设置为最低级16，因此只要其他任务中断优先级大于16，ucos就先执行中断里面的内容，然后才进行任务切换函数（只是个函数不是任务）
在ucos中将 BASEPRI 设置为4，即受ucos控制的最高优先级为4
OS_CPU_SysTickInit() 对 SysTick 进行配置，设置systick的中断优先级为4，systick中断优先级大于一切，毕竟是系统心跳，但是此处会出现一个问题（如果我们使用临界区包含关闭所有受ucos控制的中断的时候，系统时钟也不会发生中断）
控制所有中断，将前面所提到的 PRIMASK 或者 FAULTMASK 置为 1 实现
```
CPU_IntDis ; 关闭所有中断
CPU_IntEn ; 打开所有中断
```

控制受ucos管理的中断，通过将BASEPRI的值设置为 4 或者 0 即可进行关闭和打开，0 即为打开所有中断，4 即为优先级大于4的关闭。

#define  CPU_SR_ALLOC()             CPU_SR  cpu_sr = (CPU_SR)0、
CPU_SR_ALLOC(); /* 必须定义在所有局部变量之后 */
CPU_SR_Save ; 保存中断状态，并关闭受 µC/OS-III 管理的中断
CPU_SR_Restore ; 恢复中断状态

在这里插入图片描述

临界区包含（其实就是调用控制受ucos管理的中断的函数）

CPU_SR_ALLOC(); /* 必须定义在所有局部变量之后 */
/* 非临界区代码 */
CPU_CRITICAL_ENTER(); /* 进入临界区 */
/* 临界区代码 */
CPU_CRITICAL_EXIT(); /* 退出临界区 */
/* 非临界区代码 */

锁定任务调度器，仅仅PendSV中断不产生

OS_ERR err;
OSSchedLock(&err); 锁定 uC/OS-III 的任务调度器
OSSchedUnlock(&err); 恢复 uC/OS-III 的任务调度器

SysTick 的中断服务函数为例，展示函数 OSIntEnter() 和函数 OSIntExit() 的使用，函数 OSIntEnter() 只是简单地更新了全局变量 OSIntNestingCtr 的值，而函数 OSIntExit() 除了更新全局变量OSIntNestingCtr 的值，同时还会根据需要进行任务切换。：
```
void OS_CPU_SysTickHandler(void)
{
CPU_SR_ALLOC();
CPU_CRITICAL_ENTER();
/* 进入中断后，先调用函数 OSIntEnter() */
OSIntEnter();
CPU_CRITICAL_EXIT();
/* 中断服务函数的内容 */
OSTimeTick();
/* 中断返回前，调用函数 OSIntExit() */
OSIntExit();
}
```