FreeRTOS——临界段

目录

一、临界段

1.1临界段的作用

1.2临界段API

1.2.1关闭中断

1.2.2恢复中断

1.2.3任务中进入临界段

1.2.4任务中退出临界段

1.2.5中断中进入临界段

1.2.6中断中退出临界段

1.5应用

二、临界段实现原理

2.1FreeRTOS中断管理

2.2任务中进入临界段

2.3任务中退出临界段

2.4中断中进入临界段

2.5中断中退出临界段

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一、临界段

1.1临界段的作用

实际上就是一段代码（进入和退出之间操作），为了保护共享资源被暂时单独使用

对于不想被打断访问的资源有这些：

• 全局变量 （比如SysTick中断时增加tick值就是进入临界段操作的）

• 不可重入函数——不能被多个任务或线程同时调用的函数，或者当被同时调用时可能导致不确定或不正确的结果

• 

• 外设（硬件资源）

• 对时许有精准要求的操作

• 用户不想被打断的代码

1.2临界段API

1.2.1关闭中断

#inlcude "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

/*关闭中断 实际上保留了某些紧急中断 下面实现原理会提到*/
void taskDISABLE_INTERRUPTS(void)
   
注意事项: 使用此API时，不允许嵌套操作

特殊情况下才使用此API，因为此操作相当于把所有中断都关掉了

1.2.2恢复中断

#inlcude "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

/*恢复中断*/
void taskENABLE_INTERRUPTS(void)

1.2.3任务中进入临界段

#inlcude "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

/*进入临界段，支持嵌套，任务在运行态时调用，不被中断打断*/
void taskENTER_CRITICAL(void)


注意事项: 
        该函数需要和对应的退出函数成对使用;
        确保临界段中的操作尽快执行

1.2.4任务中退出临界段

#inlcude "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

/*退出临界段，支持嵌套，任务在运行态内调用，不被中断打断*/
void taskEXTI_CRITICAL(void)

这对API成对使用，其实很好操作，就是把要保护的代码，用这两个API上下包裹住

1.2.5中断中进入临界段

#inlcude "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

/*中断中 进入临界段*/
UBaseType_t taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR(void)

return: 返回中断屏蔽寄存器的值，退出时需要从传入该参数  

1.2.6中断中退出临界段

#inlcude "FreeRTOS.h"
#include "task.h"

/*中断中 退出临界段*/
void taskEXTI_CRITICAL_FROM_ISR(UBaseType_t uxSavedInterruptStatus)

params: 传入taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()的返回值
    

1.5应用

实现如下功能：两个任务分别间隔50ms打印一次运行信息，通过临界段解决共享资源冲突问题

1.第一次尝试，两个任务分别间隔50ms打印，结果如下

可以看出：两个打印任务“打架”了，原因就是两个任务优先级相同，其中一个任务执行时，遇上另一个任务从阻塞恢复成就绪态时，就影响了上个任务

解决办法：任务中进入临界段来执行打印任务

注意：

2.第二次尝试

可以看出，两个任务不会再打架了

二、临界段实现原理

2.1FreeRTOS中断管理

HAL_Init--->HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4)

实际上就是图上分组3，无响应优先级，只有抢占优先级

FreeRTOS采用更灵活的BASEPRI指令，同时，中断优先级，值越小，优先级越大，而任务优先级， 值越大优先级越高

这里需要注意一下：basepri值默认为0，表示不关闭任何中断。而一旦设置成某个值，表示>=该值的中断都会被屏蔽

即：中断屏蔽门限值5，>=5的中断都被关 （这个是用来关中断的） 同时 内核调度中断优先级为最低的15

因此，

• 关中断：将中断屏蔽门限值（5）赋值给basepri （这一点其实就能看出来，FreeRTOS并没有将所有中断都关了，还是保留了一部分紧急的中断）
• 开中断：basepri赋值0

2.2任务中进入临界段

• taskENTER_CRITICAL 是宏替换，原函数属于Cortex M4的硬件外设资源，Port说明移植到其他平台现需要自己实现这段代码

• 函数内部：

  • 关中断，临界段嵌套值++（这个值在内核启动时初始化为0，后续如果嵌套就再自增）

2.3任务中退出临界段

• 函数内部：临界段嵌套值 — — （说明确实需要成对出现，不然是无法恢复中断的）

• 恢复中断，basepri置0

2.4中断中进入临界段

• 函数内部主要做了两件事：先把当前basepri值返回，再重新basepri赋值

2.5中断中退出临界段

• 把上次保存的basepri值赋值给basepri