FreeRTOS学习 --- 中断管理

什么是中断？

        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： 

1，中断请求

        外设产生中断请求（GPIO外部中断、定时器中断等）

2，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）

3，退出中断

        执行完毕，返回被打断的程序处，继续往下执行

STM32中断是怎么进入到中断服务程序的？

1.中断请求：当外部事件（如外部中断，定时器溢出等）或者内部事件（如ADC转换完成、串口接收完成等）发生时，相应的中断源会向NVIC（嵌套向量中断控制器）发生一个中断请求。

2.中断优先级判断：NVIC会根据中断的优先级来判断是否应该处理该中断。如果当前活动的中断优先级低于新请求的中断，则进行中断嵌套，处理更高优先级的中断。

3.保存上下文：当CPU接收中断并准备跳转到中断程序时，它会自动将当前的程序状态保存到栈中。这是为了在处理完中断后能够恢复中断前的状态继续执行。

4.跳转到中断向量：CPU通过查找中断向量表来确定中断的服务程序入口地址。STM32的中断向量表位于FLASH的开始部分，每个中断都有一个固定的向量地址。

5.执行中断服务程序：一旦确定了入口地址，CPU就会跳转到该地址并开始执行中断服务程序。在中断服务程序中，通常需要先清除中断标志，然后执行响应的处理代码。

6.恢复上下文：中断服务程序执行完成后，CPU会从栈中恢复之前保存的程序状态。

7.返回主程序：恢复上下文后，程序会从原来被中断的地方继续执行。

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。也就是有256个优先级

        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

注意：中断优先级数值越小越优先

一共有 5 种分配方式，对应着中断优先级分组的 5 个组

 通过调用函数HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4）即可完成设置

（在HAL_Init中设置）

FreeRTOS官网关于中断说明：https://www.freertos.org/RTOS-Cortex-M3-M4.html

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

（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

 中断相关寄存器

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

表出自：《Cortex M3权威指南(中文)》第286页

 

FreeRTOS如何配置PendSV和Systick中断优先级？

 中断相关寄存器

        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表示的是优先级小于等于5的中断被屏蔽，至于为什么是0x50，这个0是低四位在STM32中不用来设置中断优先级，STM32只用高四位[7:4]来设置中断优先级）

         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：

 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