FreeRTOS简单内核实现4 临界段

0、思考与回答

0.1、思考一

为什么需要临界段？

有时候我们需要部分代码一旦这开始执行，则不允许任何中断打断，这段代码称为临界段

0.2、思考二

如何实现临界段？

1. 关中断
2. 执行临界区代码
3. 开中断

0.3、思考三

对于 Cotex-M4 内核的处理器如何方便的控制其中断开关？

使用 BASEPRI 寄存器，当该寄存器中的值不为 0 时，处理器将不会处理优先级值大于或等于 BASEPRI 的任何异常，该寄存器相关信息可以在 Cortex-M4 Devices Generic User Guide 手册中找到，具体如下图所示

值得注意的是 STM32 的 BASEPRI 寄存器做了一些修改，只使用了其高 4 位，低 4 位的数据没有使用，所以对于 STM32 在使用 BASEPRI 寄存器对中断进行屏蔽时，需要考虑到写入的高 4 位数据才是正确的数据，感兴趣的可以阅读 为何修改BASEPRI寄存器无效？ 这篇文章

1、关中断

1.1、带返回值

Keil 版本

/* portMacro.h */
#define portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR()       ulPortRaiseBASEPRI()
// 带返回值关中断，将当前中断状态作为返回值返回
static __inline uint32_t ulPortRaiseBASEPRI(void)
{
	uint32_t ulReturn,ulNewBASEPRI = configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY;
	__asm 
	{
		mrs ulReturn,basepri        // 保存中断时 BASEPRI 寄存器的值
		msr basepri,ulNewBASEPRI    // 屏蔽 优先级值 大于等于 11 的中断
		dsb
		isb
	}
	return ulReturn;
}

CLion 版本

static __inline uint32_t ulPortRaiseBASEPRI(void)  
{  
    uint32_t ulReturn,ulNewBASEPRI = configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY;  
    __asm volatile  
    (  
        "mrs ulReturn,basepri        \n"  
        "msr basepri,ulNewBASEPRI    \n"  
        "dsb                         \n"  
        "isb                         \n"  
    );  
    return ulReturn;  
}

1.2、不带返回值

Keil 版本

/* portMacro.h */
#define portDISABLE_INTERRUPTS()                vPortRaiseBASEPRI()
// 不带返回值关中断
static __inline void vPortRaiseBASEPRI(void)
{
	uint32_t ulNewBASEPRI = configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY;
	__asm 
	{
		msr basepri,ulNewBASEPRI
		dsb
		isb
	}
}

CLion 版本

static __inline void vPortRaiseBASEPRI(void)  
{  
    uint32_t ulNewBASEPRI = configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY;  
    __asm volatile  
    (  
        "msr basepri, %0    \n"
        "isb                \n"
        :
        : "r" (ulNewBASEPRI)
        : "memory"
    );  
}

2、开中断

Keil 版本

/* portMacro.h */
// 设置 BASEPRI 为 0 开所有中断
#define portENABLE_INTERRUPTS()                 vPortSetBASEPRI(0)
// 设置 BASEPRI 为进入中断时的值则恢复原来的中断状态
#define portCLEAR_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR(x)    vPortSetBASEPRI(x)
// 开中断
static __inline void vPortSetBASEPRI(uint32_t ulBASEPRI)
{
	__asm volatile
	{
		msr basepri,ulBASEPRI       
	}
}

CLion 版本

static __inline void vPortSetBASEPRI(uint32_t ulBASEPRI)  
{
    __asm volatile  
    (
        "msr basepri, %0    \n"
        : "r" (ulBASEPRI)
        : "memory"
    );
}

3、临界段

/* task.h */
#define taskENTER_CRITICAL()           portENTER_CRITICAL()
#define taskEXIT_CRITICAL()            portEXIT_CRITICAL()

#define taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()  portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR()
#define taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR(x)  portCLEAR_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR(x)

/* portMacro.h */
extern void vPortEnterCritical(void);
extern void vPortExitCritical(void);
#define portENTER_CRITICAL()         vPortEnterCritical()
#define portEXIT_CRITICAL()          vPortExitCritical()

/* port.c */
// 中断嵌套计数器
static UBaseType_t uxCriticalNesting = 0xAAAAAAAA;
// 进入临界区
void vPortEnterCritical(void)
{
	portDISABLE_INTERRUPTS();
	uxCriticalNesting++;
	if(uxCriticalNesting==1)
	{
		// configASSERT((portNVIC_INT_CTRL_REG & portVECTACTIVE_MASK) == 0);
	}
}
// 退出临界区
void vPortExitCritical(void)
{
	// configASSERT(uxCriticalNesting);
	uxCriticalNesting--;
	if(uxCriticalNesting == 0)
	{
		portENABLE_INTERRUPTS();
	}
}

4、应用

普通场合

// 进入临界区直接屏蔽优先级号大于 11 的中断
taskENTER_CRITICAL();
// 退出时直接设置 BASEPRI 寄存器的值为 0 
taskEXIT_CRITICAL();

中断场合

uint32_t ulReturn;
// 进入临界区前保存 BASEPRI 寄存器的值
ulReturn = taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR();
// 退出临界区时恢复 BASEPRI 寄存器的值
taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR(ulReturn);