FreeRTOS学习（九）：中断管理

FreeRTOS学习（九）：中断管理

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前言

本章节带大家来先回顾中断的相关知识，然后根据中断来做实验

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一、中断优先级分组设置

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
2. 建议将所有优先级位指定为抢占优先级位，方便FreeRTOS管理
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

中断优先级分组设置

FreeRTOS中有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，4bit用于子优先级
NVIC_PriorityGroup_1	0-1级抢占优先级	0-7子优先级	1bit用于抢占优先级，3bit用于子优先级
NVIC_PriorityGroup_2	0-3级抢占优先级	0-3子优先级	2bit用于抢占优先级，2bit用于子优先级
NVIC_PriorityGroup_3	0-7级抢占优先级	0-1子优先级	3bit用于抢占优先级，1bit用于子优先级
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，0bit用于子优先级

一般在FreeRTOS中使用HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4)函数设置优先级分组。
就是表格的最后一组

二、FreeRTOS中断优先级配置

FreeRTOS中对于中断优先级的配置主要基于以下几个关键定义：

/* 中断嵌套行为配置 */
#ifdef NVIC_PRIO_BITS
    #define configPRIO_BITS NVIC_PRIO_BITS
#else
    #define configPRIO_BITS 4
#endif

/* 中断最低优先级 */
#define configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY    15  /* 中断最低优先级 */
#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY    5  /* 可以调用FreeRTOS核心API的最高中断优先级 */
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY           (configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS))
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY      (configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS))
#define configMAX_API_CALL_INTERRUPT_PRIORITY     configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY

PendSV和SysTick中断优先级配置

左移4位的原因是因为低4位用不到，NVIC优先级寄存器只使用高4位。

三、中断相关寄存器

FreeRTOS中有三个重要的中断屏蔽寄存器，分别是：

PRIMASK

• 这是一个只有1个位的寄存器
• 当它置1时，关掉所有可屏蔽的异常，只剩下NMI和硬fault可以响应
• 它的缺省值是0，表示没有关中断

FAULTMASK

• 这也是一个只有1个位的寄存器
• 当它置1时，只有NMI才能响应，所有其它的异常（包括中断和fault）通通闭嘴
• 它的缺省值也是0，表示没有关异常

BASEPRI（本实验用）

• 这个寄存器最多有9位（由表达优先级的位数决定）
• 它定义了被屏蔽优先级的阈值
• 当它被设成某个值后，所有优先级号大于等于此值的中断都被关（优先级号越大，优先级越低）
• 但若被设成0，则不关闭任何中断，0也是缺省值

实验代码

定时器中断配置：

TIM3和TIM5都被配置为基本定时器，时钟频率为72MHz
两个定时器都使用相同的计数参数：

btim_tim3_int_init(10000-1, 7200-1);
btim_tim5_int_init(10000-1, 7200-1);

根据定时器计算公式：Tout = ((arr + 1) * (psc + 1)) / Ft
定时时间 = ((10000) * (7200)) / 72000000 = 1秒

中断优先级设置：

TIM3的中断优先级：抢占优先级4，子优先级0

HAL_NVIC_SetPriority(BTIM_TIM3_INT_IRQn, 4, 0);

TIM5的中断优先级：抢占优先级6，子优先级0

HAL_NVIC_SetPriority(BTIM_TIM5_INT_IRQn, 6, 0);

TIM3的优先级高于TIM5

FreeRTOS任务与中断交互：

在task1中，每5次循环会执行一次中断控制：

if (++task1_num == 5)
{ 
    task1_num=0;
    printf("FreeRTOS关闭中断\r\n");
    portDISABLE_INTERRUPTS();       /* FreeRTOS关闭中断 */
    delay_ms(5000);                 /* 延时5秒 */
    printf("FreeRTOS打开中断\r\n");
    portENABLE_INTERRUPTS();        /* FreeRTOS打开中断 */
}

当中断被关闭时，TIM5定时器的中断会被屏蔽5秒钟
但是TIM3是不会被影响的

现象：

这是为什么呢
FreeRTOS中的portDISABLE_INTERRUPTS()不是真正地关闭所有中断，而是使用BASEPRI机制:
在portmacro.h中

static portFORCE_INLINE void vPortRaiseBASEPRI(void)
{
    uint32_t ulNewBASEPRI = configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY;

    __asm
    {
        msr basepri, ulNewBASEPRI
        dsb
        isb
    }
}

这段代码的作用是:

将configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY值写入BASEPRI寄存器
执行DSB (数据同步屏障)和ISB (指令同步屏障)确保内存操作完成
而在配置文件中

• configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY设置为5

• TIM3优先级设置为4

• TIM5优先级设置为6
  优先级号越大，优先级越低
  当执行portDISABLE_INTERRUPTS()时:

• TIM3中断继续工作，因为其优先级(4)高于阈值(5)

• TIM5中断被屏蔽，因为其优先级(6)低于阈值(5)

中断恢复过程

当执行portENABLE_INTERRUPTS()时，通常会执行类似下面的操作:

static portFORCE_INLINE void vPortSetBASEPRI(uint32_t ulBASEPRI)
{
    __asm
    {
        msr basepri, ulBASEPRI
    }
}

通常会将BASEPRI重置为0，这样所有优先级的中断都会重新启用。

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总结

FreeRTOS的"中断关闭"实际上是一种优先级阈值机制，而不是真正意义上的全部中断关闭。这种设计允许关键的高优先级中断(如TIM3)即使在临界区内也能执行，同时阻止低优先级中断(如TIM5)干扰系统的关键代码执行，这是RTOS实时特性的重要保障。