freertos学习笔记12--个人自用-第18章资源管理(Resource Management)-优快云博客

一:资源管理

除了互斥量（Mutex）之外，如何通过屏蔽中断和暂停调度器来实现对临界资源的独占访问。

以下是该章节的核心内容总结：

1. 资源管理的不仅仅是互斥量

虽然之前的章节（如互斥量）介绍了通过“公平竞争”的方式（谁先拿到锁谁用）来保护临界资源，但本章介绍了更“强硬”的方法：

如果是中断跟任务抢资源：直接屏蔽中断。
如果是其他任务跟当前任务抢资源：直接禁止调度器，阻止任务切换。

二:屏蔽中断（Critical Sections，临界区）

1. 在任务中屏蔽中断 (In Task)

在任务级代码中，我们使用一对宏来定义临界区。

进入临界区：taskENTER_CRITICAL()
退出临界区：taskEXIT_CRITICAL()

特性：

这两段代码之间，优先级低于或等于 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 的中断会被屏蔽。
由于没有中断，任务调度也就无法进行，当前任务独占 CPU 。
支持嵌套调用：宏内部有计数器，只有当退出次数等于进入次数时，中断才会真正重新开启

示范代码：

/* 假设这里是一个任务函数 */
void vATaskFunction( void *pvParameters )
{
    for( ;; )
    {
        /* ... 其他非临界代码 ... */

        /* 进入临界区：
         * 执行这句代码后，受管辖的中断被屏蔽，任务调度停止 
         */
        taskENTER_CRITICAL(); 

        /* * --- 访问临界资源 ---
         * 这里是独占式访问，不会被中断打断，也不会被切换到其他任务
         * 注意：这里的代码必须尽可能快速地执行！
         */
        AccessSharedData();

        /* 退出临界区：
         * 重新使能中断，恢复任务调度 
         */
        taskEXIT_CRITICAL(); 

        /* ... 其他代码 ... */
    }
}

2. 在中断服务程序中屏蔽中断 (In ISR)

在中断服务程序（ISR）中，必须使用带有 FROM_ISR 后缀的宏。这一点非常重要，因为 ISR 的运行环境与任务不同。

进入临界区：taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()
退出临界区：taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR( uxSavedInterruptStatus )

关键区别： ISR 版本需要保存进入临界区之前的中断状态。因为进入 ISR 时，某些中断可能已经被硬件或软件关闭了，退出时不能盲目打开所有中断，而是要恢复到之前的状态。

示范代码：

void vAnInterruptServiceRoutine( void )
{
    /* 定义一个变量，用来记录当前中断是否使能的状态 */
    UBaseType_t uxSavedInterruptStatus;

    /* * 进入临界区：
     * 1. 屏蔽中断
     * 2. 返回进入前的中断状态，保存在变量中
     */
    uxSavedInterruptStatus = taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR();

    /* * --- 访问临界资源 --- 
     * 这里的代码不会被更高优先级的中断打断（受 FreeRTOS 管理范围内）
     */
    AccessHardwareRegister();

    /* * 退出临界区：
     * 传入之前保存的状态变量，恢复中断状态 
     */
    taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR( uxSavedInterruptStatus );

    /* 现在，当前 ISR 可以被更高优先级的中断打断了 */
}

3. 注意事项与限制

虽然屏蔽中断使用起来很简单，但它对系统的实时性影响很大，被称为“粗鲁”的方法。

执行时间要短：在 ENTER 和 EXIT 之间的代码必须非常快。如果这里卡住了，系统将无法响应其他硬件中断，也无法切换任务，导致系统“卡死”或响应延迟。
高优先级中断例外：优先级高于 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 的中断不会被屏蔽。这意味着这些极高优先级的中断仍然可以发生，但它们绝对不允许调用任何 FreeRTOS 的 API 函数。
死锁风险：虽然屏蔽中断本身不会导致普通死锁，但如果临界区内调用了会阻塞的函数（等待队列、延时等），会导致系统彻底崩溃，因为调度器已经被暂停了。

三:暂停调度器

暂停调度器 (Suspending the Scheduler) 是 FreeRTOS 中另一种保护临界资源的方法。

相比于“屏蔽中断”（关中断）那种“一刀切”的霸道做法，暂停调度器显得更“温柔”一些。它的核心思想是：我不关中断，但我禁止任务切换。

1. 核心原理

发生了什么？ 当你暂停调度器时，FreeRTOS 的任务调度算法停止工作。这意味着当前正在运行的任务会独占 CPU，没有其他任务（无论优先级多高）能抢占它。
中断还能跑吗？ 能！这是它和“屏蔽中断”最大的区别。硬件中断（如串口接收、定时器溢出）仍然可以正常响应。
适用场景：
- 你要保护的资源仅仅是和其他任务共享的，没有任何中断 ISR 会去碰这个资源。
- 你的临界区代码比较长，如果关中断会导致系统对外设反应迟钝，但你又必须独占 CPU。

2. 操作函数

FreeRTOS 提供了两个极其简单的函数来实现这一功能：

vTaskSuspendAll( void )
- 作用：暂停调度器。
- 后果：从这一刻起，不会发生任务切换。
xTaskResumeAll( void )
- 作用：恢复调度器。
- 返回值：pdTRUE 表示在暂停期间有更高优先级的任务就绪了（意味着恢复瞬间会发生一次任务切换），pdFALSE 表示没有。通常我们在应用层代码中可以忽略这个返回值 。

3. 示范代码

假设你有一个全局数组 g_SharedArray，多个任务都会去读写它，但没有中断会去碰它。

void vATaskFunction( void *pvParameters )
{
    for( ;; )
    {
        /* ... 这里的代码可以被切换 ... */

        /* 1. 暂停调度器
         * 此时，中断依然开着，但绝不会切换到别的任务去 
         */
        vTaskSuspendAll();

        /* --- 临界区开始 --- */
        
        /* 执行一些耗时较长、涉及多个变量的逻辑运算 */
        ProcessSharedData(); 
        
        /* * 注意：在这里千万不要调用会导致阻塞的 API！
         * 比如不能调 vTaskDelay(), 不能读空队列等。
         * 因为调度器停了，一旦阻塞，系统就死锁了。
         */

        /* --- 临界区结束 --- */

        /* 2. 恢复调度器
         * 如果在暂停期间，有高优先级任务就绪，这里会立即切换过去
         */
        xTaskResumeAll();

        /* ... 这里的代码可以被切换 ... */
    }
}

4. 关键特性与注意事项

支持嵌套调用 ：

和屏蔽中断一样，暂停调度器也支持嵌套。FreeRTOS 内部维护了一个计数器。
- 调用 3 次 vTaskSuspendAll，必须调用 3 次 xTaskResumeAll，调度器才会真正恢复。
- 这使得你可以在不同的函数中安全地调用它，而不用担心破坏外层调用的逻辑。
绝对禁止阻塞：

在 Suspend 和 Resume 之间，绝对不能调用任何会引起阻塞的 FreeRTOS API（如 vTaskDelay、xQueueReceive 等等待数据的函数）。
- 原因：如果要阻塞，系统必须切换到别的任务。但调度器被你暂停了，切换不了，于是系统就会卡死在这里。
防御不了中断：
- 如果你的临界资源（比如一个全局变量），既被任务 A 访问，也被串口中断 ISR 访问。
- 那么使用 vTaskSuspendAll 是无效的。因为 ISR 依然会打断任务 A，导致数据竞争。
- 在这种情况下，你必须使用屏蔽中断（taskENTER_CRITICAL）。

5. 三种保护机制对比总结

方法	谁能打断我？	谁会被挡住？	适用场景	代价
互斥量 (Mutex)	高优先级任务、中断	其他想拿锁的任务	任务间竞争，持有时间较长	任务可能会阻塞等待
暂停调度器	中断	所有其他任务	任务间竞争，逻辑稍长，不想关中断	实时性降低（高优先级任务无法抢占）
屏蔽中断	高于阈值的超级中断	所有任务 + 低优先级中断	任务与中断竞争，或极短的原子操作	响应最快，但对系统中断响应有影响