FreeRTOS临界段代码保护和任务调度器的挂起与恢复学习

FreeRTOS临界段代码保护和任务调度器的挂起与恢复学习

临界段代码保护

所谓临界段代码保护就是指必须完成运行，不能被打断的代码段。比如需要严格按照时序除初始化的外设：IIC、SPI，再或者因为系统自身需求和用户需求。
FreeRTOS 在进入临界段代码的时候需要关闭中断，当处理完临界段代码以后再打开中断。也就是临界区屏蔽了中断，系统调度靠中断，ISR也依靠中断。

具体调用如上述函数，
临界段代码保护具有以下特点：
1：成对使用
2：支持嵌套
3：要保持临界区代码内容短

任务调度器的挂起和恢复

挂起任务调度器，不需要关闭中断。具体函数为：

1：它仅仅是防止了任务之间的资源争夺，中断照样可以直接响应；
2：与临界区不一样的是，挂起任务调度器，未关闭中断；
3：挂起调度器的方式，适用于临界区位于任务与任务之间；既不用去延时中断，又可以做到临界区的安全
下面具体来看代码实现：

临界段代码保护内容理解

首先看临界区代码保护的。

void vPortEnterCritical( void )
{
    portDISABLE_INTERRUPTS();//关闭中断函数
    uxCriticalNesting++;/*在已经进入一个临界区的情况下再次进入另一个（或相同的）临界区的情况。
    这在多层函数调用中尤其常见，其中一个函数调用了另一个函数，两者都需要访问共享资源。
    在这种情况下，为了避免离开第一个临界区时意外地使整个系统对中断敏感，需要跟踪嵌套的深度。一旦嵌套深度回到零，系统才会重新启用中断。*/

    /* This is not the interrupt safe version of the enter critical function so
     * assert() if it is being called from an interrupt context.  Only API
     * functions that end in "FromISR" can be used in an interrupt.  Only assert if
     * the critical nesting count is 1 to protect against recursive calls if the
     * assert function also uses a critical section. */
    if( uxCriticalNesting == 1 )
    {
        configASSERT( ( portNVIC_INT_CTRL_REG & portVECTACTIVE_MASK ) == 0 );
    }/*该段代码中的if语句检查是否是第一次进入临界区（uxCriticalNesting == 1），
    如果是，则执行一个断言（configASSERT）来确保当前不处于中断服务例程（ISR）中。
    这是因为中断服务例程中不应该调用非从ISR版本的API函数。
    断言检查的是portNVIC_INT_CTRL_REG & portVECTACTIVE_MASK的结果是否为0，这个操作是用来检测当前是否有激活的中断：*/
}

下面我们来看下portDISABLE_INTERRUPTS()这个函数的具体内容;

/*-----------------------------------------------------------*/

    static portFORCE_INLINE void vPortRaiseBASEPRI( void )
    {
        uint32_t ulNewBASEPRI = configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY;

        __asm
        {
            /* Set BASEPRI to the max syscall priority to effect a critical
             * section. */
/* *INDENT-OFF* */
            msr basepri, ulNewBASEPRI
            dsb
            isb
/* *INDENT-ON* */
        }
    }
/*-----------------------------------------------------------*/

basepri这个寄存器上一节中断管理提过这个寄存器，用来屏蔽中断的。
这里就是把5到15的中断全部关闭了。因为FreeRTOS管理的中断范围就是5-15。

void vPortExitCritical( void )
{
    configASSERT( uxCriticalNesting );
    uxCriticalNesting--;

    if( uxCriticalNesting == 0 )
    {
        portENABLE_INTERRUPTS();
    }
}

下面我们来看下portENABLE_INTERRUPTS()这个函数的具体内容：

/*-----------------------------------------------------------*/

    static portFORCE_INLINE void vPortSetBASEPRI( uint32_t ulBASEPRI )
    {
        __asm
        {
            /* Barrier instructions are not used as this function is only used to
             * lower the BASEPRI value. */
/* *INDENT-OFF* */
            msr basepri, ulBASEPRI
/* *INDENT-ON* */
        }
    }
/*-----------------------------------------------------------*/

ulBASEPRI入口参数设置为0就是不关闭任何中断。
uxCriticalNesting这个变量就是用于嵌套调用临界区时候使用的变量。这里有这样的一个例子。

void doSomethingElse() {
    vPortEnterCritical(); // 进入临界区
    // 对共享资源进行一些操作
    vPortExitCritical(); // 退出临界区
}

void doSomething() {
    vPortEnterCritical(); // 进入临界区
    // 对共享资源进行一些操作
    doSomethingElse(); // 调用另一个需要保护的函数
    // 可能还有更多操作
    vPortExitCritical(); // 退出临界区
}

void mainFunction() {
    doSomething(); // 调用需要保护的函数
}

在这个例子中，当mainFunction调用doSomething时，我们首先进入一个临界区，此时uxCriticalNesting从0变为1。然后，在doSomething函数内部，我们调用了doSomethingElse，它也试图进入临界区。由于我们已经在一个临界区内，uxCriticalNesting此时会增加到2，而不是尝试禁用中断，因为它们已经被禁用了。当doSomethingElse完成其操作并调用vPortExitCritical时，它会减少uxCriticalNesting的值，将其从2变回1，但不会重新启用中断，因为我们仍然处于外部doSomething函数的临界区内。只有当doSomething也完成其操作，调用vPortExitCritical，并将uxCriticalNesting减少到0时，中断才会被重新启用。

任务调度器的挂起和恢复代码理解

void vTaskSuspendAll( void )
{
    /* A critical section is not required as the variable is of type
     * BaseType_t.  Please read Richard Barry's reply in the following link to a
     * post in the FreeRTOS support forum before reporting this as a bug! -
     * https://goo.gl/wu4acr */

    /* portSOFTWARE_BARRIER() is only implemented for emulated/simulated ports that
     * do not otherwise exhibit real time behaviour. */
    portSOFTWARE_BARRIER();

    /* The scheduler is suspended if uxSchedulerSuspended is non-zero.  An increment
     * is used to allow calls to vTaskSuspendAll() to nest. */
    ++uxSchedulerSuspended;

    /* Enforces ordering for ports and optimised compilers that may otherwise place
     * the above increment elsewhere. */
    portMEMORY_BARRIER();
}

具体过程如上图所示。