【第25期】中断处理策略：即时处理 vs 推迟处理 (Deferred)

核心原则：中断必须快进快出。把繁重的工作推迟到任务（Task）中去执行。这就是著名的 “底半部 (Bottom Half)” 机制。

1. 为什么要“推迟处理”？

假设我们要处理一个来自 RS485 总线的 Modbus 协议包，长度 256 字节，带 CRC 校验。

错误的做法（直接在 ISR 里干活）：

1. 进入 UART 中断。

2. 读取数据。

3. 执行 CRC16 校验（假设耗时 2ms）。

4. 解析协议命令（假设耗时 1ms）。

5. 退出中断。

后果： 在这 3ms 里，CPU 处于中断上下文，所有比它优先级低的任务（界面、PID控制、按键）全部卡死。更糟糕的是，如果此时来了一个更高优先级的紧急中断（如电机过流保护），虽然它能抢占，但系统的整体中断延迟（Latency）已经变得不可控。

正确的做法（推迟处理）：

1. ISR (上半部)：只负责收数据，存入缓冲区，发个信号给任务。耗时 5us。

2. Task (底半部)：收到信号醒来，慢慢做 CRC 校验和解析。耗时 3ms。

由于 Task 是受 RTOS 调度的，如果此时有更紧急的任务，Task 会被抢占。这样就保证了系统的高响应性。

2. 实现机制：信号量与任务通知

在 RTOS 中，实现“推迟处理”最经典的模式是 “ISR 发信号 -> 高优先级任务处理”。

方案 A：二值信号量 (Binary Semaphore)

这是最传统的做法。

// 定义一个信号量
SemaphoreHandle_t xSemPacketReceived;

// 1. 上半部：中断服务函数 (ISR)
void USART_IRQHandler(void) {
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
    
    // 硬件操作：只把数据从寄存器搬到缓冲区
    Buffer[Index++] = USART->DR;
    
    // 如果收到了包尾
    if (Is_Packet_End()) {
        // 发送信号量：告诉任务“货到了”
        xSemaphoreGiveFromISR(xSemPacketReceived, &xHigherPriorityTaskWoken);
        
        // 核心：如果有高优先级任务在等这个信号，立刻触发调度！
        // 这样 ISR 一退出，CPU 直接跳到处理任务，而不是回原来的低级任务。
        portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
    }
}

// 2. 底半部：处理任务 (Task)
void Task_Protocol(void *pvParam) {
    // 这是一个高优先级任务
    while(1) {
        // 死等信号量 (阻塞)
        xSemaphoreTake(xSemPacketReceived, portMAX_DELAY);
        
        // 醒来后，开始干重活
        // 此时中断已经开启，其他中断可以随时打断这里，系统很安全
        if (CRC16(Buffer) == OK) {
            Process_Command(Buffer);
        }
    }
}

方案 B：直接任务通知 (Direct Task Notification)

这是 FreeRTOS 特有的黑科技。比信号量更快，更省内存。

• ISR 里用：vTaskNotifyGiveFromISR(...)

• Task 里用：ulTaskNotifyTake(...)

• 效果：速度比信号量快 45%，RAM 消耗更少。推荐优先使用。

3. 特殊情况：什么时候必须“即时处理”？

虽然我们提倡推迟，但并不是所有事情都能推迟。 有些事情必须在 ISR 里做完：

1. 清除硬件标志位：这是废话，不清标志位出不去中断。

2. 极高频的硬件时序：比如软件模拟 SPI，你需要微秒级的翻转 IO 口。如果在 Task 里做，会被调度器打断，时序就乱了。

3. 简单的数据搬运：比如把数据放入 RingBuffer（下一期会讲）。如果不立刻搬走，下一个字节来了就会覆盖上一个（Overrun Error）。

原则：

• 搬运数据 -> ISR 做。

• 处理数据 -> Task 做。

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阶段总结：思维跃迁完成

到这里，我们已经完成了从“裸机思维”到“RTOS 思维”的蜕变。

让我们回顾一下过去8 期的核心认知升级：

1. CPU 角色：从“保姆（轮询）”变成了“调度员（阻塞）”。

2. 驱动力：从 if(flag) 变成了 Wait(Event)。

3. 延时：从 HAL_Delay（忙等）变成了 vTaskDelay（让权）。

4. 架构：从 Super Loop 拆分成了 模块化 Task。

5. 通讯：从 全局变量 升级到了 消息队列。

6. 保护：从 关中断 升级到了 互斥量。

7. 中断：懂得了 SysCall 的红线，学会了 Bottom Half 推迟处理。

接下来的旅程： 有了 RTOS 的架构支撑，我们终于可以往系统里填充真正的“硬货”了。 无论你用裸机还是 RTOS，有些通用的数据结构和算法是嵌入式工程师的必修课。 怎么处理串口的高速数据流？怎么写一个优雅的状态机？怎么快速计算 CRC？

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 * 本文为作者《嵌入式开发基础与工程实践》系列文章之一。
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