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FreeRTOS操作系统学习——中断管理

news 2025/9/16 7:22:36

中断管理介绍

嵌入式实时系统需要对整个系统环境产生的事件作出反应。这些事件对处理时间和响应时间都有不同的要求。事件通常采用中断方式检测，中断服务例程(ISR)中的处理量应当越短越好。ISR是在内核中被调用的， ISR执行过程中，用户的任务无法执行。 ISR要尽量快，否则：其他低优先级的中断无法被处理：实时性无法保证。
如果这个硬件中断的处理，就是非常耗费时间呢？对于这类中断的处理就要分为2部分：

ISR：尽快做些清理、记录工作，然后触发某个任务
任务：更复杂的事情放在任务中处理
所以：需要 ISR 和任务之间进行通信

注意：只有以”FromISR”或”FROM_ISR”结束的 API 函数或宏才可以在中断服务例程中。

俩套API函数

在任务函数中，我们可以调用各类 API 函数，比如队列操作函数： xQueueSendToBack。但是在 ISR 中使用这个函数会导致问题，应该使用另一个函数： xQueueSendToBackFromISR，它的函数名含有后缀"FromISR"，表示"从 ISR 中给队列发送数据"。FreeRTOS中很多API函数都有两套：一套在任务中使用，另一套在ISR中使用。后者的函数名含有"FromISR"后缀。

为什么要引入两套API函数？
很多 API 函数会导致任务计入阻塞状态；运行这个函数的任务进入阻塞状态；比如写队列时，如果队列已满，可以进入阻塞状态等待一会，ISR 调用 API函数时， ISR 不是"任务"， ISR 不能进入阻塞状态。所以，在任务中、在 ISR 中，这些函数的功能是有差别的。

xHigherPriorityTaskWoken 参数
xHigherPriorityTaskWoken 的含义是：是否有更高优先级的任务被唤醒了。如果为pdTRUE，则意味着后面要进行任务切换。
在这里插入图片描述
可以看到，在任务中调用 API 函数可能导致任务阻塞、任务切换，这叫做"context switch"，上下文切换。这个函数可能很长时间才返回，在函数的内部实现了任务切换。
xQueueSendToBackFromISR()函数也可能导致任务切换，但是不会在函数内部进行切换，而是返回一个参数：表示是否需要切换，函数原型与用法如下：

/*
* 往队列尾部写入数据，此函数可以在中断函数中使用，不可阻塞
*/
BaseType_t xQueueSendToBackFromISR(
QueueHandle_t xQueue,
const void *pvItemToQueue,
BaseType_t *pxHigherPriorityTaskWoken
);
/* 用法示例 */
BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
xQueueSendToBackFromISR(xQueue, pvItemToQueue, &xHigherPriorityTaskWoken);
if (xHigherPriorityTaskWoken == pdTRUE)
{
/* 任务切换 */
}

在这里插入图片描述
使用"FromISR"函数时，如果不想使用xHigherPriorityTaskWoken参数，可以设置为NULL。

ISR中任务切换

portEND_SWITCHING_ISR( xHigherPriorityTaskWoken ); //使用汇编实现
//或者使用以下函数
portYIELD_FROM_ISR( xHigherPriorityTaskWoken );//使用 C 语言实现

void XXX_ISR()
{
int i;
BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
for (i = 0; i < N; i++)
{
xQueueSendToBackFromISR(..., &xHigherPriorityTaskWoken); /* 被多次调用 */
}
/* 最后再决定是否进行任务切换
* xHigherPriorityTaskWoken 为 pdTRUE 时才切换
*/
portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}