---
tags: [source-summary]
type: source
source: "尚硅谷嵌入式技术之FreeRTOS实时操作系统 V1.0.3 — 第6章 中断管理"
author: "尚硅谷研究院"
date: 2026-07-17
created: 2026-07-17
---
# 中断管理与临界段

> **用生活理解**：中断就像领导突然敲门安排紧急任务——你得先把手头工作保存好（保存上下文），处理完紧急任务再回来继续。临界区则像"开会时手机静音"——某些关键时刻不允许被打断。

## 概念介绍

### 基本概念

FreeRTOS 需要管理中断以确保系统的实时性和确定性。其核心思路是：

- **临界段（Critical Section）**：完全关闭中断，任何中断都不能打断当前代码
- **BASEPRI 优先级屏蔽**：只屏蔽优先级低于阈值的中断，高优先级中断仍可响应
- **中断安全 API（FromISR 后缀）**：可在中断服务函数中安全调用的 API 版本

### 工作原理

FreeRTOS 提供两个层次的中断控制：

**1. 临界段保护（完整中断屏蔽）**

| API                               | 描述                                   |
| --------------------------------- | -------------------------------------- |
| `taskENTER_CRITICAL()`          | 进入临界区，关闭所有中断（有嵌套计数） |
| `taskEXIT_CRITICAL()`           | 退出临界区，恢复之前的中断状态         |
| `taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()` | 从中断中进入临界区                     |
| `taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR()`  | 从中断中退出临界区                     |

任务级临界区内部维护一个嵌套计数器（uxCriticalNesting）：

- 第一次进入时关闭中断
- 嵌套进入时仅增加计数
- 每次退出递减计数，减到 0 时恢复中断

**2. 中断开关（直接操作）**

| API                                | 描述             |
| ---------------------------------- | ---------------- |
| `portDISABLE_INTERRUPTS()`       | 直接关闭所有中断 |
| `portENABLE_INTERRUPTS()`        | 直接打开所有中断 |
| 注意：无嵌套保护，不推荐用于临界段 |                  |

**3. BASEPRI 优先级屏蔽**

FreeRTOS 使用 Cortex-M3 的 BASEPRI 寄存器实现优先级屏蔽：

```
configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY     = 15 << 4   // 内核中断优先级（最低）
configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY = 5 << 4    // API可调用的最高中断优先级
```

- 中断优先级 >= 5（数值 <= 5<<4）→ 可调用 FreeRTOS API
- 中断优先级 < 5（数值 > 5<<4）→ 不允许调用 FreeRTOS API

**4. 延后中断处理（Deferred Interrupt Processing）**

在 ISR 中只做最少的处理（记录事件、发送信号量/消息到队列），将耗时逻辑推迟到任务中执行。这是 RTOS 中推荐的中断处理模式。

## 实验

### 需求描述

- task1 检测按键：
  - KEY1 → `portDISABLE_INTERRUPTS()` 关闭中断（LED1 停止响应）
  - KEY2 → `portENABLE_INTERRUPTS()` 打开中断（LED1 恢复）
- 对比 `vTaskDelay()` 和 `HAL_Delay()` 的行为差异

### 代码实现

代码来源：04_中断管理/Core/Src/freertos_demo.c

```c
#include "freertos_demo.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "LED.h"
#include "Key.h"

/* 起始任务配置 */
#define START_TASK_STACK 128
#define START_TASK_PRIORITY 1
TaskHandle_t start_task_handle;
void start_task(void *pvParameters);

/* 任务1配置 */
#define TASK1_STACK 128
#define TASK1_PRIORITY 2
TaskHandle_t task1_handle;
void task1(void *pvParameters);

void freertos_start(void)
{
    /* 动态创建起始任务 */
    xTaskCreate((TaskFunction_t)start_task,
                (char *)"start_task",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE)START_TASK_STACK,
                (void *)NULL,
                (UBaseType_t)START_TASK_PRIORITY,
                (TaskHandle_t *)&start_task_handle);

    /* 启动调度器 */
    vTaskStartScheduler();
}

void start_task(void *pvParameters)
{
    /* 进入临界区，防止创建过程被打断 */
    taskENTER_CRITICAL();

    /* 创建1个任务 */
    xTaskCreate((TaskFunction_t)task1, (char *)"task1",
                (configSTACK_DEPTH_TYPE)TASK1_STACK, (void *)NULL,
                (UBaseType_t)TASK1_PRIORITY, (TaskHandle_t *)&task1_handle);

    /* 删除起始任务自身 */
    vTaskDelete(NULL);

    taskEXIT_CRITICAL();
}

/**
 * @description: 任务1——按键控制中断开关
 *               KEY1 → portDISABLE_INTERRUPTS() 关闭中断
 *               KEY2 → portENABLE_INTERRUPTS()  打开中断
 *               使用HAL_Delay模拟工作负载（非vTaskDelay）
 */
void task1(void *pvParameters)
{
    uint8_t key = 0;
    while (1)
    {
        key = Key_Detect();
        if (key == KEY1_PRESS)
        {
            /* KEY1按下：关闭所有中断——系统将无法响应任何中断 */
            printf(">>>>关闭中断.....\r\n");
            portDISABLE_INTERRUPTS();
        }
        else if (key == KEY2_PRESS)
        {
            /* KEY2按下：打开所有中断 */
            printf(">>>>打开中断.....\r\n");
            portENABLE_INTERRUPTS();
        }

        /* 注意：这里使用HAL_Delay而非vTaskDelay
           HAL_Delay依赖SysTick中断，如果中断被关闭，HAL_Delay将永远卡死！
           vTaskDelay不依赖中断，在中断关闭时仍能正常工作 */
        HAL_Delay(500);
    }
}
```

### 关键配置

**FreeRTOSConfig.h**（中断优先级配置）：

```c
/* Cortex-M3 中断优先级配置 */
/* 内核中断优先级：最低优先级 15<<4 = 240（数值最大，优先级最低） */
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY       (15 << 4)

/* 系统调用中断优先级：优先级 5 以上的中断可以调用 FreeRTOS API
   优先级为 0-4 的中断被屏蔽，不能调用 FreeRTOS API
   数值越小优先级越高：0 > 5 > 15                */
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY  (5 << 4)

/* 别名配置 */
#define configMAX_API_CALL_INTERRUPT_PRIORITY configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
```

## 核心函数速查表

| 函数                                   | 参数              | 返回值      | 功能简述                           |
| -------------------------------------- | ----------------- | ----------- | ---------------------------------- |
| `taskENTER_CRITICAL()`               | 无                | void        | 进入临界区（支持嵌套）             |
| `taskEXIT_CRITICAL()`                | 无                | void        | 退出临界区（嵌套计数减一）         |
| `taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()`      | 无                | uint32_t    | 从中断进入临界区，返回中断屏蔽状态 |
| `taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR(ux)`     | uxSavedMaskStatus | void        | 从中断退出临界区，恢复中断状态     |
| `portDISABLE_INTERRUPTS()`           | 无                | void        | 直接关闭所有中断                   |
| `portENABLE_INTERRUPTS()`            | 无                | void        | 直接打开所有中断                   |
| `portDISABLE_INTERRUPTS_FROM_ISR()`  | 无                | UBaseType_t | ISR中关闭中断                      |
| `portENABLE_INTERRUPTS_FROM_ISR(ux)` | uxSavedStatus     | void        | ISR中恢复中断                      |

## 常见问题与避坑

1. **HAL_Delay 在中断关闭后卡死**：`HAL_Delay()` 依赖 SysTick 中断更新 uwTick 变量。如果通过 `portDISABLE_INTERRUPTS()` 关闭了中断，SysTick 无法触发，`HAL_Delay` 将永远死等。
2. **临界区内不要执行耗时操作**：临界区内所有中断被屏蔽，包括 SysTick。长时间停留在临界区内会破坏系统的实时性。
3. **嵌套临界区必须配对**：每个 `taskENTER_CRITICAL()` 必须有对应的 `taskEXIT_CRITICAL()`，否则中断永久关闭。
4. **portDISABLE_INTERRUPTS 无嵌套保护**：与 `taskENTER_CRITICAL()` 不同，`portDISABLE_INTERRUPTS()` 不维护嵌套计数，在嵌套使用时可能会导致提前恢复中断。
5. **BASEPRI 与 NVIC 优先级的关系**：STM32 使用 4 位优先级（0~15），在 FreeRTOS 中需左移 4 位变为 CM3 的 8 位格式。例如优先级 5 → `5 << 4 = 0x50`。
6. **ISR 中必须使用 FromISR 版本**：在中断服务函数中调用队列、信号量等 API 时，必须使用带 `FromISR` 后缀的版本，否则可能导致内核数据结构损坏。