FreeRTOS（任务与中断优先级，临界保护）

资料来源于硬件家园：资料汇总 - FreeRTOS实时操作系统课程(多任务管理)

一、中断优先级

1、NVIC基础知识

2、FreeRTOS配置NVIC

3、SVC、PendSV、Systick中断

4、不受FreeRTOS管理的中断

5、STM32CubeMX配置

二、任务优先级

1、任务优先级说明

2、任务优先级分配方案

3、中断优先级与任务优先级区别

4、任务优先级修改与获取

三、开关中断与临界段函数

1、临界段概念

2、开关中断函数

3、任务代码临界段处理函数

4、中断代码临界段处理函数

四、优先级与临界代码编程测试

一、中断优先级

1、NVIC基础知识

NVIC即嵌套向量中断控制器(Nested Vectored Interrupt Controller)。STM32的中有一个强大而方便的NVIC，它是属于CM4内核的器件。NVIC是嵌套向量中断控制器，控制着整个芯片中断相关的功能，它跟内核紧密耦合，是内核里面的一个外设。但是各个芯片厂商在设计芯片的时候会对CM4内核里面的NVIC进行裁剪，把不需要的部分去掉，所以说STM32 的NVIC是 CM4 的NVIC的一个子集

2、FreeRTOS配置NVIC

官方强烈建议将中断优先级分组设置为4，即抢占优先级可配置范围是0-15，数值越小，抢占优先级越高。

3、SVC、PendSV、Systick中断

SVC 中断：

在 FreeRTOS 的移植文件 ports.c 中有用到 SVC 中断的 0 号系统服务，即 SVC 0。此中断在 FreeRTOS中仅执行一次，用于启动第一个要执行的任务。另外，由于 FreeRTOS 没有配置 SVC 的中断优先级，默认没有配置的情况下，SVC 中断的优先级就是最高的 0。

4、不受FreeRTOS管理的中断

FreeRTOS 内核源码中有多处开关全局中断的地方，这些开关全局中断会加大中断延迟时间。比如在源码的某个地方关闭了全局中断，但是此时有外部中断触发，这个中断的服务程序就需要等到再次开启全局中断后才可以得到执行。开关中断之间的时间越长，中断延迟时间就越大，这样极其影响系统的实时性。如果这是一个紧急的中断事件，得不到及时执行的话，后果是可想而知的。针对这种情况，FreeRTOS 就专门做了一种新的开关中断实现机制。关闭中断时仅关闭受 FreeRTOS管理的中断，不受 FreeRTOS 管理的中断不关闭，这些不受管理的中断都是高优先级的中断，用户可以在这些中断里面加入需要实时响应的程序。

二、任务优先级

1、任务优先级说明

① FreeRTOS 中任务的最高优先级是通过 FreeRTOSConfig.h 文件中的 configMAX_PRIORITIES 进行配置的，用户实际可以使用的优先级范围是 0 到 configMAX_PRIORITIES – 1。比如我们配置此宏定义为 5，那么用户可以使用的优先级号是 0,1,2,3,4，不包含 5，对于这一点，初学者要特别的注意。

② 用户配置任务的优先级数值越小，那么此任务的优先级越低，空闲任务的优先级是 0。

③ 建议用户配置宏定义 configMAX_PRIORITIES 的最大值不要超过 32，即用户任务可以使用的优先级范围是0到31。因为对于CM内核的移植文件，用户任务的优先级不是大于等于32的话，portmacro.h文件中的宏定义configUSE_PORT_OPTIMISED_TASK_SELECTION会优化优先级列表中要执行的最高优先级任务的获取算法（对于 CM 内核的移植文件，此宏定义默认是使能的，当然，用户也可以在FreeRTOSConfig.h 文件中进行配置）。

④ 如果用户在 FreeRTOSConfig.h 文件中配置宏定义 configUSE_TIME_SLICING 为 1，或者没有配置此宏定义，时间片调度都是使能的。另外，只要芯片资源允许，可以配置任意多个同优先级任务。

⑤ FreeRTOS 中处于运行状态的任务永远是当前能够运行的最高优先级任务。

2、任务优先级分配方案

任务优先级设置推荐方式如下图：

① IRQ 任务：IRQ 任务是指通过中断服务程序进行触发的任务，此类任务应该设置为所有任务里面优先级最高的。② 高优先级后台任务：比如按键检测，触摸检测，USB 消息处理，串口消息处理等，都可以归为这一类任务。③ 低优先级的时间片调度任务：比如 emWin 的界面显示，LED 数码管的显示等不需要实时执行的都可以归为这一类任务。④ 空闲任务：空闲任务是系统任务。⑤ 特别注意：IRQ 任务和高优先级任务必须设置为阻塞式（调用消息等待或者延迟等函数即可），只有这样，高优先级任务才会释放 CPU 的使用权，,从而低优先级任务才有机会得到执行。

3、中断优先级与任务优先级区别

中断的优先级永远高于任何任务的优先级，即任务在执行的过程中，中断来了就开始执行中断服务程序。对于 STM32，中断优先级的数值越小，优先级越高。而 FreeRTOS的任务优先级是，任务优先级数值越小，任务优先级越低。

4、任务优先级修改与获取

①优先级获取：UBaseType_t uxTaskPriorityGet( TaskHandle_t xTask );

函数描述：函数 vTaskPriorityGet 用于获取 FreeRTOS 任务优先级。

使用此函数需要在 FreeRTOSConfig.h 配置文件中配置如下宏定义为 1

#define INCLUDE_vTaskPriorityGet 1

如果第二个参数里面填的是 NULL，即数值 0 的话，那么获取的优先级就是当前正在执行的任务

②优先级修改：void vTaskPrioritySet( TaskHandle_t xTask, UBaseType_t uxNewPriority );

函数描述：函数 vTaskPrioritySet 用于实现 FreeRTOS 任务优先级的修改。

 第 1 个参数是任务句柄，用于区分不同的任务。

 第 2 个参数是给任务配置的新优先级。

使用这个函数要注意以下问题：

使用此函数需要在 FreeRTOSConfig.h 配置文件中配置如下宏定义为 1

#define INCLUDE_vTaskPrioritySet 1

如果第一个参数里面填的是 NULL，即数值 0 的话，那么配置的就是当前正在执行的任务

如果被修改的任务的优先级，修改后高于正在执行的任务，将执行任务切换，切换到修改好的高优先级任务。

第二个参数数值不可大于等于 FreeRTOSConfig.h 文件中的宏定义：#define configMAX_PRIORITIES 配置的数值。

三、开关中断与临界段函数

1、临界段概念

①代码的临界段也称为临界区，一旦这部分代码开始执行，则不允许中断打断。为确保临界段代码的执行不被中断，在进入临界段之前须关中断，而临界段代码执行完毕后，要立即开中断。

②进入临界段前操作寄存器 basepri 关闭了所有小于等于宏定义 configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY所定义的中断优先级，这样临界段代码就不会被中断干扰到，而且实现任务切换功能的 PendSV 中断和滴答定时器中断是最低优先级中断，所以此任务在执行临界段代码期间是不会被其它高优先级任务打断的。退出临界段时重新操作 basepri 寄存器，即打开被关闭的中断（这里我们不考虑不受 FreeRTOS 管理的更高优先级中断）

③除了 FreeRTOS 操作系统源码所带的临界段以外，用户写应用的时候也有临界段的问题，比如以下两种：

 读取或者修改变量（特别是用于任务间通信的全局变量）的代码，一般来说这是最常见的临界代码。

 调用公共函数的代码，特别是不可重入的函数，如果多个任务都访问这个函数，结果是可想而知的。总之，对于临界段要做到执行时间越短越好，否则会影响系统的实时性。