06-中断管理与时间管理.md 7.1 KB
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7、9章 + 配套代码04/05/08" author: "尚硅谷研究院" date: 2026-07-12 url: ""
created: 2026-07-12
中断管理与时间管理
用生活理解：中断就像你在写代码时，突然有人打电话找你。如果你接电话（响应中断），当前写代码的工作就被"打断"了。FreeRTOS 的中断管理就是决定：谁的电话必须接（高优先级中断），谁的电话可以稍等（低优先级中断被屏蔽）。
BASEPRI 中断管理
STM32 的中断优先级 0~15（0 最高，15 最低）。FreeRTOS 用 BASEPRI 寄存器 设置一个"门槛"：
BASEPRI = 5（实际存的是0x50）
↓
中断优先级 0~4 → 正常响应（这些是紧急的）
中断优先级 5~15 → 全部屏蔽（这些可以等）
就像公司前台：优先级 0~4 是老板的电话，必须立刻接通；优先级 5~15 是推销电话，先不接。
示例 1：开关中断实验（项目 04）
情景
- 两个定时器：TIM2（优先级=4，在门槛之上）和 TIM3（优先级=6，在门槛之下）
- task1：按 KEY1 关中断，按 KEY2 开中断
- 观察：关中断后 TIM3 停止打印（被屏蔽了），但 TIM2 仍在工作
核心代码
void task1(void *pvParameters)
{
uint8_t key = 0;
while (1)
{
key = Key_Detect();
if (key == KEY1_PRESS)
{
// 关中断：BASEPRI = 5<<4 = 0x50
// 屏蔽优先级 5~15 的中断
portDISABLE_INTERRUPTS();
printf(">>>>关了中断，TIM3（优先级6）被屏蔽了\r\n");
}
else if (key == KEY2_PRESS)
{
// 开中断：BASEPRI = 0
// 所有中断都能响应
portENABLE_INTERRUPTS();
printf(">>>>开了中断，TIM3又能工作了\r\n");
}
// 注意：不能用 vTaskDelay！因为 vTaskDelay 底层也会开关中断
// 改用 HAL_Delay（前提是 HAL 时基用别的定时器）
HAL_Delay(500);
}
}
中断配置要点
// FreeRTOSConfig.h 中的关键配置
// 内核自身使用的中断优先级（设为最低，避免屏蔽其他中断）
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY (15 << 4)
// FreeRTOS 管理的最高中断优先级（门槛值）
// 优先级小于 5 的中断不受 FreeRTOS 管理
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY (5 << 4)
示例 2：时间片调度（项目 05）
核心概念
时间片 = 每个任务能连续运行的最长时间（一个 SysTick 周期）。 同优先级任务轮流干活，就像"轮班制"——每人干一个时间片，时间到了换下一个人。
配置方法：
// FreeRTOSConfig.h
#define configUSE_TIME_SLICING 1 // 开启时间片轮转
#define configUSE_PREEMPTION 1 // 开启抢占式调度
#define configTICK_RATE_HZ 20 // 每秒20个tick = 每个时间片50ms
演示代码
// task1 和 task2 优先级相同（都是2），会轮流执行
#define TASK1_PRIORITY 2
#define TASK2_PRIORITY 2 // ⚠️ 相同优先级！
void task1(void *pvParameters)
{
uint16_t count = 0;
while (1)
{
taskENTER_CRITICAL(); // 防止 printf 被中途打断
printf("task1第[%d]次运行\r\n", ++count);
HAL_Delay(10); // 模拟干活（不用vTaskDelay，因为想看到切换）
taskEXIT_CRITICAL();
}
}
void task2(void *pvParameters)
{
uint16_t count = 0;
while (1)
{
taskENTER_CRITICAL();
printf("task2第[%d]次运行\r\n", ++count);
HAL_Delay(10);
taskEXIT_CRITICAL();
}
}
为什么这里用 HAL_Delay 而不是 vTaskDelay？ 因为 vTaskDelay 会让任务进入阻塞态主动让出 CPU，我们想观察的是"时间片到了被迫让出"的效果。
示例 3：相对延时 vs 绝对延时（项目 08）
理解两者的区别
vTaskDelay(500) — 相对延时：
任务开始执行 ─→ vTaskDelay(500) ─→ 睡500ms ─→ 醒来继续
就像说"从现在开始算，我睡500ms"
如果你干活花了 10ms，下次醒来是 510ms 后
xTaskDelayUntil() — 绝对延时：
任务开始执行 ─→ vTaskDelayUntil(500) ─→ 睡到固定时间点
就像说"不管我这次干了多久，下次准时在整秒时刻醒来"
周期是固定的！
用 LED 波形观察最直观：
- 相对延时：LED 亮的时长 = 固定延时 + 干活时间（累计误差）
- 绝对延时：LED 亮的时长 = 严格固定（适合做采样、数据采集）
演示代码
void task1(void *pvParameters)
{
while (1)
{
LED_Toggle(LED1_Pin); // 翻转LED1
HAL_Delay(20); // 模拟干了20ms的活
vTaskDelay(500); // 再睡500ms
// 实际周期 = 20ms + 500ms = 520ms（误差累积）
}
}
void task2(void *pvParameters)
{
TickType_t last_wake = xTaskGetTickCount(); // 记录第一次醒来的时间
while (1)
{
LED_Toggle(LED2_Pin);
HAL_Delay(20); // 模拟干了20ms的活
vTaskDelayUntil(&last_wake, 500); // 睡到"上次醒来时间 + 500ms"
// 实际周期 = 固定500ms（干活时间不计入）
// 即使这次多干了一会儿，下次也会准时
}
}
| vTaskDelay | xTaskDelayUntil | |
|---|---|---|
| 周期 | 不固定（随干活时间漂移） | 固定 |
| 适用场景 | 普通延时（LED闪烁） | 定时采样、PWM控制、通信时序 |
| 误差 | 累积误差 | 只有单次抖动，不累积 |
配套代码
code/04_中断管理/code/05_时间片调度/code/08_时间延时函数/
补充：PendSV 与 SysTick 中断设计哲学
PendSV（上下文切换中断）
为什么选择 PendSV？
- PendSV 是一个系统级异常，可以通过写寄存器手动触发（ICSR bit28）
- 可以在其他 ISR 中设置——Tick ISR 发现需要切换时，只需"挂起 PendSV"然后继续执行，等 Tick ISR 退出后再真正切换
- 被设为最低中断优先级，避免任务切换干扰 UART、定时器、SPI 等外设中断
Tick ISR 的完整工作流程：
- tick 计数加 1
- 遍历阻塞列表，找出到期任务并移至就绪列表
- 检查就绪列表是否需要切换（更高优先级就绪 / 同优先级时间片用完）
- 如果需要切换，挂起 PendSV（等 Tick ISR 退出后再切，不抢占当前中断）
主动切换：任务提前结束时（如调用 vTaskDelay()），直接主动调用任务切换函数，无需等 tick 中断——这就是"时间片提前结束不浪费"的实现机制。
SysTick 的两个作用
- 为时间片轮转提供基准时钟
- 为阻塞列表中的任务提供超时计时
后续章节：[[07-消息队列与队列集]]