如何对FreeRTOS中断进行测试呢

FreeRTOS中断配置和临界段

中断简介

STM32的中断很重要，它不同于if、switch等条件检测语句，它是由硬件产生的。在程序中，代码默认按顺序执行，当遇到中断触发时，就会打断当前执行代码并且调到中断服务函数中去执行中断任务。
这种情况在汇编语言中的表现形式一般是:

• 保存用到的寄存器(保护现场)
  
• 处理终端
  
• 回复用到的寄存器(恢复现场)
  
• 中断返回
  
  

Cortex-M处理器内核提供了一个用于中断管理的嵌套向量中断控制器(NVIC)，最多支持240个中断请求(IRQ)、一个不可屏蔽中断(NMI)、一个滴答定时器中断(Systick)和多个系统异常(硬件错误、总线错误、使用错误、PendSV等等)。Cortex-M 处理器有多个用于管理中断和异常的可编程寄存器， 这些寄存器大多数都在 NVIC 和系统控制块(SCB)中。
中断优先级

Cortex-M处理器有三个固定优先级和256个可编程优先级，最多有128个抢占优先级，但具体数目需要由芯片厂商自行设定。绝大多数芯片都会进行剪裁，一般优先级个数是8、16和32个。Cortex-M处理器最多有256个可编程优先级，说明控制优先级的寄存器共有8位，这个优先级是MSB(最高位)对齐的，所以一般都是前3或4位是用来表达优先级的。
例如：
[tr]Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0[/tr]

置位

置位

置位

置位

返回0

返回0

返回0

返回0

STM32就使用了前四位作为优先级表达位，因此STM32就有16个可编程优先级:0x00(最高优先级)、0x10-0xF0。此外中断可以被屏蔽，这时需要用到3个特殊寄存器：PRIMASK、FAULTMASK、BASEPRI。
PRIMASK 和 FAULTMASK 寄存器

在需要进行对时序严格要求的任务时，我们需要暂时屏蔽所有中断来保证任务的精确完成，这时可以使用 PRIMASK 寄存器，PRIMASK 用于禁止除复位 、NMI 和 HardFalut 外的所有异常和中断，可以通过汇编语言CPS指令来控制PRIMASK。

CPSIE I; //清除 PRIMASK(使能中断)
CPSID I; //设置 PRIMASK(禁止中断)


以上代码等同于


MOVS    R0,   #0
MSR  PRIMASK, R0 ;//将 0 写入 PRIMASK 以使能中断


MOVS    R0,   #1
MSR  PRIMASK, R0 ;//将 1 写入 PRIMASK 禁止所有中断


BASEPRI 寄存器
当需要精准控制低于哪些优先级的中断需要关闭时，这时就可以使用BASEPRI寄存器，这个寄存器可以进行更加准确的屏蔽。例如屏蔽优先级0x80及以下的中断:


MOV         R0，         #0X60
MSR         BASEPRI,      R0


解除屏蔽只需要将0写入BASEPRI寄存器即可


MOV         R0，          #0
MSR         BASEPRI,      R0


FreeRTOS中断配置宏

configPRIO_BITS

优先级表达位，STM32为前4位，所以此宏为4
configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY

此宏表示最低优先级，STM32最低优先级为0~15，所以此宏为15，当处理器为其他芯片时，需要按手册修改。
configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY

该宏定义如下：
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY                 ( configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )
该宏是设置内核中断优先级，内容是将 configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY左移四位，因为中断表达需要用高4位来表达，所以需要左移4位。除此外，也可以直接写为：
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY                 0xF0
宏 configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 用来设置 PendSV 和滴答定时器的中断优先级， port.c 中有如下定义：

#define portNVIC_PENDSV_PRI         ( ( ( uint32_t ) configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY ) << 16UL )
#define portNVIC_SYSTICK_PRI        ( ( ( uint32_t ) configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY ) << 24UL )


PendSV和SysTcik的中断优先级设置是操作0xE000-0xED20地址的，这样一次写入的是个32位的数据，SysTick和PendSV的优先级寄存器分别对应这个32位数据的最高8位和次高8位，因此是一个左移16位，一个左移24位。
configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY

此宏定义了FreeRTOS可管理的最大优先级，程序生成后默认设置的是5，所以优先级高于5(优先级数小于5)的都不归FreeRTOS管。
configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY

此宏是由configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY左移4位而来的，原因和宏configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY一样。此宏设置好以后，低于此优先级的中断可以安全的调用 FreeRTOS的API函数，高于此优先级的中断FreeRTOS是不能禁止的，中断服务函数也不能调用FreeRTOS的API函数！
FreeRTOS开关中断

FreeRTOS开关中断函数为portENABLE_INTERRUPTS()和portDISABLE_INTERRUPTS()，这两个函数其实是宏定义，在portmacro.h中有定义，如下：
#define portDISABLE_INTERRUPTS()                                         vPortRaiseBASEPRI() #define portENABLE_INTERRUPTS()                     vPortSetBASEPRI(0)
函数vPortBASEPRI()传递了一个0，这就对应了上面说到的，开启中断是将0写入BASEPRI寄存器。
临界段代码

临界段代码也称为临界区，是指哪些必须完成运行，且不能中途打断的代码，比如某些外设的初始化过程需要遵守严格的时序，因此初始化过程不能被打断，所以我们在进行外设初始化时可以添加临界段代码。
FreeRTOS与临界段代码保护有关的函数有4个：taskENTER_CRITICAL()、
和taskEXIT_CRITICAL()、taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()、taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR()，
这四个函数其实是宏定义，在task.h文件中有定义。这四个函数的区别是前两个是任务级的临界段代码保护，后两个是中断级的临界段代码保护。
任务级临界段代码保护

taskENTER_CRITICAL()和taskEXIT_CRITICAL()是任务级的临界代码保护，一个是进入临界段，一个是退出临界段，这两个函数是成对使用的，这函数的定义如下：
#define taskENTER_CRITICAL()            portENTER_CRITICAL()
#define taskEXIT_CRITICAL()             portEXIT_CRITICAL() 而portENTER_CRITICAL()和portEXIT_CRITICAL()也是宏定义，在文件 portmacro.h中有定义。
任务级临界代码保护使用方法如下：

void CriticalTask_TEST(void const * argv)
{
        taskENTER_CRITICAL();                                                       //进入临界区
        total_num += 0.01f;   
        printf("total_num 的值为: %.4frn",total_num);
        taskEXIT_CRITICAL();                                                        //退出临界区
        vTaskDelay(1000);
}


当进入临界区时，中断被屏蔽，临界区代码无法被打断，只有当所有的临界段代码都退出以后才会使能中断！
注:当进入临界区时，优先级低于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 的中断得不到及响应，所以临界区代码一定要精简。
中断级临界段代码保护

函数taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()和taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR()中断级别临界段代码保护，是用在中断服务程序中的，而且这个中断的优先级一定要低于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY。这两个函数在文件task.h中有如下定义：

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


中断级临界代码保护使用方法如下：


void TIM3_IRQHandler(void)
{
        if(TIM_GetITStatus(TIM3,TIM_IT_Update)==SET) //溢出中断
        {
                status_value=taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR();            //进入临界区
                total_num += 1;
                printf("float_num 的值为: %drn",total_num);
                taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR(status_value);              //退出临界区
        }
        TIM_ClearITPendingBit(TIM3,TIM_IT_Update);   //清除中断标志位
}


FreeRTOS中断测试实验

创建工程






打开串口1，参数默认。





配置是时钟树





配置定时器3和定时器5










配置定时器中断优先级





配置FreeRTOS并创建任务





创建工程










查看代码

打开工程可以在stm32f1xx_hal_cortex.c文件中找到定制器中断优先级配置代码。

void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef* tim_baseHandle)
{
  if(tim_baseHandle->Instance==TIM3)
  {
  /* USER CODE BEGIN TIM3_MspInit 0 */
  /* USER CODE END TIM3_MspInit 0 */
    /* TIM3 clock enable */
    __HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();
    /* TIM3 interrupt Init */
    HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn, 4, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);
  /* USER CODE BEGIN TIM3_MspInit 1 */
  /* USER CODE END TIM3_MspInit 1 */
  }
  else if(tim_baseHandle->Instance==TIM5)
  {
  /* USER CODE BEGIN TIM5_MspInit 0 */
  /* USER CODE END TIM5_MspInit 0 */
    /* TIM5 clock enable */
    __HAL_RCC_TIM5_CLK_ENABLE();
    /* TIM5 interrupt Init */
    HAL_NVIC_SetPriority(TIM5_IRQn, 5, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM5_IRQn);
  /* USER CODE BEGIN TIM5_MspInit 1 */
  /* USER CODE END TIM5_MspInit 1 */
  }
}


可以从中看出TIM3优先级为4，大于FreeRTOS所能管理的优先级，TIM优先级为5，恰好在FreeRTOS所能管理的优先级之中。
先在main.c中将定时器回调函数代码补全：
定时器回调函数代码补全

打开main.c文件，补全HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)函数中缺少的定时器3和定时器5的代码。

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  /* USER CODE BEGIN Callback 0 */
        if(htim->Instance == TIM3)
        {
                printf("TIM3 输出.......rn");
        }
  /* USER CODE END Callback 0 */
  if (htim->Instance == TIM1) {
    HAL_IncTick();
  }
  /* USER CODE BEGIN Callback 1 */
        if(htim->Instance == TIM5)
        {
                printf("TIM5 输出.......rn");
        }
  /* USER CODE END Callback 1 */
}


编写测试代码

打开freertos.c文件，找到void extitask_test(void const * argument)函数，添加自己的代码：

void extitask_test(void const * argument)
{
        static uint32_t total_num = 0;
  /* USER CODE BEGIN extitask_test */
  /* Infinite loop */
  for(;;)
  {
                total_num += 1;
                if(total_num == 5)
                {
                        printf("关闭中断.............rn");
                        portDISABLE_INTERRUPTS();
                        HAL_Delay(5000);
                        printf("打开中断.............rn");
                        portENABLE_INTERRUPTS();
                }
  }
  /* USER CODE END extitask_test */
}


查看运行结果

打开串口助手可以看到当中断关闭时只有定时器3在工作，而定时器5则失效，当中断重新打开时，定时器3和定时器5又重新一起计时了。





小结

当我们使用FreeRTOS时，要注意有些外设的驱动代码需要严格连续执行，不能被打断，这时我们可以使用临界段代码来保护现场。但是只需要屏蔽某些优先级的中断时，就可以使用中断屏蔽代码。

测试的话，可以加个IO的翻转，用示波器测时间