FreeRTOS QEMU 模拟中断 freertos中断触发任务

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代码匠人之心 2024-03-27 10:40:31

文章标签 FreeRTOS QEMU 模拟中断策略模式 c语言 API 优先级 文章分类 机器学习人工智能

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1. 前言

FreeRTOS中断管理目的在MCU中断触发时在内核稳定运行的情况下快速响应。在学习管理策略之前，我们需要知道FreeRTOS中有以下规则：

任务是与硬件无关的，任务的优先级由程序员决定，任务何时运行由调度器决定。
ISR虽然也是有软件实现的，但它被认为是硬件特性的一部分。
ISR的优先级高于任务：优先级最低的中断，它的优先级也高于优先级最高的任务。任务只有在没有中断的情况下执行。
在ISR里处理的内容一定要快，且不能被阻塞，否则会影响系统的实时性甚至系统挂掉。

内核通过以下策略来对中断进行管理：

两套API
中断延迟处理
中断和任务间通信

2. 内核提供两套API

在FreeRTOS中，有很多API函数都有两套，在任务中一套；在ISR中一套，在ISR中使用的函数名含有“FromISR”后缀。

2.1 优点

很多函数会导致任务进入阻塞，但是在ISR中是不能进入阻塞的，所以里面的内容还是有些差异的。如果使用同一套API的话需要考虑以下问题：

在任务、ISR中调用是，需要的参数不一样，比如在任务中调用需要指定超时时间，表示如果不成功就阻塞一会，但是在ISR中不需要指定超时时间。如果强行把两套API结合在一起，会导致参数无效、臃肿。
两套API里面有些任务切换相关的代码不一样，合在一起的话效率低，可读性差。
有些处理器架构没办法轻易分辨当前是否处于ISR中，就额外需要添加更多、更复杂的代码。

2.2 缺点

使用两套函数可以让程序更高效，但是也有一些缺点，比如你要使用第三方库函数时，即会在任务中调用它，也会在ISR中调用它。这个第三方库函数用到了FreeRTOS的API函数，你无法修改库函数。针对这个问题可以用以下方法解决：

把中断的处理推迟到任务中进行，在任务中调用库函数。
尝试在库函数中使用"FromISR"函数（在任务中、ISR中都可以调用“FromISR”函数，反过来不行，非FromISR函数不能在ISR中调用）。

2.3 常用API函数列表

FreeRTOS QEMU 模拟中断 freertos中断触发任务_策略模式

2.4 pxHigherPriorityTaskWoken获取任务是否切换

xHigherPriorityTaskWoken的含义是：是否有更高优先级的任务被唤醒了。

pxHigherPriorityTaskWoken参数，就是用来保存函数的结果：

pxHigherPriorityTaskWoken为pdTRUE：函数的操作导致更高优先级的任务就绪了，ISR应该进行任务切换。
pxHigherPriorityTaskWoken为pdFALSE：没有进行任务切换的必要。

在ISR中调用API时不进行任务切换，而只是在"xHigherPriorityTaskWoken"中标记一下，除了提高效率，还有多种好处：
效率高：避免不必要的任务切换。
让ISR更可控：中断随机产生，在API中进行任务切换的话，可能导致问题更复杂可移植性。
在Tick中断中，调用vApplicationTickHook()：它运行于ISR，只能使用"FromISR"的函数。

使用"FromISR"函数时，如果不想使用xHigherPriorityTaskWoken参数，可以设置为NULL。

2.5 如何切换任务

FreeRTOS的ISR函数中，使用两个宏进行任务切换：

portEND_SWITCHING_ISR( xHigherPriorityTaskWoken );
或
portYIELD_FROM_ISR( xHigherPriorityTaskWoken );

这两个宏做的事情是一样的，前者使用汇编实现，后者使用C语言实现。
举例说明：

void XXX_ISR()
{
    int i;
    BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;
    
	xQueueSendToBackFromISR(..., &xHigherPriorityTaskWoken);
    portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}