FreeRTOS 临界区总结

本文详细介绍了在FreeRTOS环境下如何管理和使用临界区来确保多任务间的资源不发生冲突。主要内容包括应用程序层面的临界区使用方法以及中断函数中的临界区管理策略。


         当一名嵌入式开发人员从裸机开发切换到 基于 FreeRTOS 的开发后就要注意 中断,资源竞争等等问题了。

         

         下面,总结一下 FreeRTOS 临界区的知识及用法:


          1. 应用程序使用临界区

          1.1 深入剖析的方法:



        1.2 使用方法:


          2. 中断函数中临界区

          2.1 深入剖析的方法:


          2.2 使用方法:


void TIM6_DAC_IRQHandler( void )
{
        UBaseType_t uxSavedInterruptStatus;
 
        uxSavedInterruptStatus = portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR();
        //临界区代码
        portCLEAR_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR( uxSavedInterruptStatus );
}


        3. 开关中断:



vPortRaiseBASEPRI() 与 vPortSetBASEPRI(0) 的具体实现


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



static portFORCE_INLINE uint32_t ulPortRaiseBASEPRI( void )
{
        uint32_t ulReturn, ulNewBASEPRI = configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY;
        __asm
        {
                mrs ulReturn, basepri
                msr basepri, ulNewBASEPRI
                dsb
                isb
        }
        return ulReturn;
}












FreeRTOS 中,临界区(Critical Section)是一种用于实现互斥访问的机制,其核心原理是通过暂时屏蔽中断或禁止任务调度,确保某段代码的执行不会被其他任务或中断打断。这种机制对于保护共享资源、防止数据竞争和保证系统稳定性至关重要。 ### 临界区的实现原理 FreeRTOS 中的临界区通过以下方式实现: - **中断屏蔽**:进入临界区时,系统会屏蔽中断,防止中断处理程序打断当前执行流程。具体而言,中断优先级被设置为一个特定值(如 11),所有优先级大于等于该值的中断都会被屏蔽[^3]。 - **任务调度禁止**:临界区的执行过程中,任务调度器被禁止,防止任务切换,确保当前任务的代码段完整执行[^2]。 - **中断优先级配置**:为了确保临界区的有效性,FreeRTOS 会调整系统滴答定时器和 PendSV 中断的优先级,使其低于临界区屏蔽的中断优先级,从而避免在临界区内被中断[^3]。 ### 临界区的使用方法 FreeRTOS 提供了多个宏用于管理临界区的进入和退出: - `taskENTER_CRITICAL()`:进入临界区,通常用于任务上下文。 - `taskEXIT_CRITICAL()`:退出临界区,与 `taskENTER_CRITICAL()` 配对使用。 - `taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()`:进入临界区,用于中断服务例程(ISR)上下文。 - `taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR()`:退出临界区,用于中断服务例程上下文。 #### 使用示例 以下是一个在任务中使用临界区的示例: ```c void taskFunction(void *pvParameters) { while (1) { // 进入临界区 taskENTER_CRITICAL(); // 访问共享资源 sharedResource++; // 退出临界区 taskEXIT_CRITICAL(); // 其他非临界代码 vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(100)); } } ``` 在中断服务例程中使用临界区的示例如下: ```c void ISR_Function(void) { // 进入临界区(ISR 版本) taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR(); // 访问共享资源 sharedResource++; // 退出临界区(ISR 版本) taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR(); } ``` ### 临界区的作用 临界区的主要作用包括: - **防止数据竞争**:在多任务或中断环境中,多个任务或中断可能同时访问共享资源,导致数据不一致。临界区通过屏蔽中断或禁止调度,确保对共享资源的访问是原子的[^1]。 - **保证代码执行的完整性**:某些代码段必须连续执行,不能被打断。临界区可以确保这些代码段的执行不被中断或任务切换打断[^2]。 - **提高系统稳定性**:通过防止并发访问导致的错误,临界区有助于提高系统的可靠性和稳定性。 ### 注意事项 - **避免长时间占用临界区**:由于临界区会屏蔽中断,长时间占用可能导致系统响应延迟,甚至影响其他任务或中断的正常执行。 - **正确配对使用**:进入和退出临界区的宏必须成对使用,确保临界区的正确退出,避免死锁或资源泄漏。 - **根据上下文选择合适的宏**:在任务上下文中使用 `taskENTER_CRITICAL()` 和 `taskEXIT_CRITICAL()`,在中断服务例程中使用 `taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()` 和 `taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR()`[^4]。
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