FreeRTOS中断管理以及实验

FreeRTOS中断管理以及实验

继续记录学习FreeRTOS的博客，参照正点原子FreeRTOS的视频。
ARM Cortex-M 使用了 8 位宽的寄存器来配置中断的优先等级，这个寄存器就是中断优先级配置寄存器 ，
STM32寄存器中并且这个寄存器只使用[7:4]，所以具体表达优先级的位数如下图所示：

STM32的中断优先级可以分为抢占优先级和子优先级。
1：抢占优先级：抢占优先级高的中断可以打断正在执行但抢先优先级低的中断。
2：子优先级：当同时发生具有相同抢占优先级的两个中断时候，子优先级小的优先执行，但是抢占优先级相同的时候，子优先级之间不能发生打断。只能一个执行完继续执行下一个。

STM32中中断分组分为5个优先级分组，而FreeRTOS中了为了方便管理，采用中断分组4，也就是全部4bit用于抢占优先级，而抢占优先级的范围也就是0-15。然后FreeRTOS管理的中断级别从5-15。
接下来要了解中断相关的寄存器以及在FreeRTOS如何配置寄存器。中断相关的寄存器为SHPR1、SHPR2、SHPR3。
并且这三个寄存器的地址分别为：0xE000ED18、0xE000ED1C、0xE000ED20。具体每个地址对应的中断设置优先级可以从手册区看到：

接下来要讲PendSV和SysTick设置为最低的优先级15如何设置。

 /* Make PendSV and SysTick the lowest priority interrupts. */
    portNVIC_SHPR3_REG |= portNVIC_PENDSV_PRI;
	portNVIC_SHPR3_REG |= portNVIC_SYSTICK_PRI;
	
	/* Constants required to manipulate the core.  Registers first... */
	#define portNVIC_SYSTICK_CTRL_REG             ( *( ( volatile uint32_t * ) 0xe000e010 ) )
	#define portNVIC_SYSTICK_LOAD_REG             ( *( ( volatile uint32_t * ) 0xe000e014 ) )
	#define portNVIC_SYSTICK_CURRENT_VALUE_REG    ( *( ( volatile uint32_t * ) 0xe000e018 ) )
	#define portNVIC_SHPR3_REG                    ( *( ( volatile uint32_t * ) 0xe000ed20 ) )

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

	#define configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY			15                      //中断最低优先级
	#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY	5                       //系统可管理的最高中断优先级
	#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 		( configLIBRARY_LOWEST_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )
	#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 	( configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )
	#ifdef __NVIC_PRIO_BITS
	#define configPRIO_BITS       		__NVIC_PRIO_BITS
#else
	#define configPRIO_BITS       		4                  
#endif

接下来让我们来理解上面的这部分代码。通用的步骤为：
1：计算新值：首先，你计算一个值，该值在你想要修改的位上有所改变，在其他位上为0。这通常通过将一个数值左移到正确的位置来完成。
2：应用新值：然后，你使用“或等于”（|=）操作符，将这个值“或”到寄存器的当前值上。在我们的例子中，这意味着如果portNVIC_PENDSV_PRI中设定的位在portNVIC_SHPR3_REG中已经是1，它们会保持为1；如果是0，则根据portNVIC_PENDSV_PRI中的相应位被设置为1或保持为0。
这里假如我们要设置PendSV的优先级为15，我们首先要计算在想改变的位置的值是多少。这里要把优先级设置为15，并且中断分组为4，且只用高四位。所以将15左移4位。这里定义了PendSV和SysTick中断的优先级。这些优先级是通过将configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY左移16位或24位来设置的。这样做是因为在portNVIC_SHPR3_REG寄存器中，PendSV和SysTick的优先级字段位于不同的位置。
所以关于PendSV和SysTick中断优先级的配置完成。
三个中断屏蔽寄存器，分别为 PRIMASK、 FAULTMASK 和BASEPRI 。

FreeRTOS使用的中断屏蔽寄存器为：BASEPRI
关闭程序具体如下：

#define portDISABLE_INTERRUPTS() 		vPortRaiseBASEPRI()
static portFORCE_INLINE void vPortRaiseBASEPRI( void ) 
{ 
	uint32_t ulNewBASEPRI = configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY; 
	__asm 
	{
		msr basepri, ulNewBASEPRI 
		dsb 
		isb
	} 
}
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY            ( configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS) )
#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY        5      /* FreeRTOS可管理的最高中断优先级 */ 

当BASEPRI设置为0x50时：

在中断服务函数中调度FreeRTOS的API函数需注意：
1、中断服务函数的优先级需在FreeRTOS所管理的范围内
2、在中断服务函数里边需调用FreeRTOS的API函数，必须使用带“FromISR”后缀的函数
开中断程序为：

#define portENABLE_INTERRUPTS()		 vPortSetBASEPRI( 0 )
static portFORCE_INLINE void vPortSetBASEPRI( uint32_t ulBASEPRI ) 
{ 
	__asm
	{
		msr basepri, ulBASEPRI
	} 
}

下面通过编写程序来使用FreeRTOS中断管理：

接下来我们添加定时器中断相关的.c文件。这里顺便复习下STM32的定时器中断。参照正点原子HAL库开发手册。
STM32 的通用定时器是一个通过可编程预分频器（PSC）驱动的 16 位自动装载计数器（CNT）构成。STM32 的通用定时器可以被用于：测量输入信号的脉冲长度(输入捕获)或者产生输出波形(输出比较和 PWM)等。 使用定时器预分频器和 RCC 时钟控制器预分频器，脉冲长度和波形周期可以在几个微秒到几个毫秒间调整。STM32 的每个通用定时器都是完全独立的，没有互相共享的任何资源。

控制寄存器 1（TIMx_CR1）：

这里只用到了最低位。接下来介绍第二个与我们这章密切相关的寄存器：DMA/中断使能寄存器（TIMx_DIER）。该寄存器是一个 16 位的寄存器。

同时这个寄存器的第0位我们要设置为允许更新中断。也就是设置为1.
预分频寄存器（TIMx_PSC）。该寄存器用设置对时钟进行分频，然后提供给计数器，作为计数器的时钟。该寄存器的各位描述如图所示：

然后定时器的来源有以下四种：

接下来我们来编写程序。由于题目要求俩个定时器，所以我们要再初始化一个定时器。这里初始化定时器4.

TIM_HandleTypeDef TIM3_Handler;      //定时器句柄 
TIM_HandleTypeDef TIM4_Handler;      //定时器句柄 
//通用定时器3中断初始化
//arr：自动重装值。
//psc：时钟预分频数
//定时器溢出时间计算方法:Tout=((arr+1)*(psc+1))/Ft us.
//Ft=定时器工作频率,单位:Mhz
//这里使用的是定时器3!
void TIM3_Init(u16 arr,u16 psc)
{  
    TIM3_Handler.Instance=TIM3;                          //通用定时器3
    TIM3_Handler.Init.Prescaler=psc;                     //分频系数
    TIM3_Handler.Init.CounterMode=TIM_COUNTERMODE_UP;    //向上计数器
    TIM3_Handler.Init.Period=arr;                        //自动装载值
    TIM3_Handler.Init.ClockDivision=TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;//时钟分频因子
    HAL_TIM_Base_Init(&TIM3_Handler);
    
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&TIM3_Handler); //使能定时器3和定时器3更新中断：TIM_IT_UPDATE   
}

void TIM4_Init(u16 arr,u16 psc)
{  
    TIM3_Handler.Instance=TIM4;                          //通用定时器4
    TIM3_Handler.Init.Prescaler=psc;                     //分频系数
    TIM3_Handler.Init.CounterMode=TIM_COUNTERMODE_UP;    //向上计数器
    TIM3_Handler.Init.Period=arr;                        //自动装载值
    TIM3_Handler.Init.ClockDivision=TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;//时钟分频因子
    HAL_TIM_Base_Init(&TIM4_Handler);
    
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&TIM4_Handler); //使能定时器4和定时器4更新中断：TIM_IT_UPDATE   
}

//定时器底册驱动，开启时钟，设置中断优先级
//此函数会被HAL_TIM_Base_Init()函数调用
void HAL_TIM_Base_MspInit(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
   if(htim->Instance==TIM3)
	{
		__HAL_RCC_TIM3_CLK_ENABLE();            //使能TIM3时钟
		HAL_NVIC_SetPriority(TIM3_IRQn,4,0);    //设置中断优先级，抢占优先级1，子优先级0
		HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM3_IRQn);          //开启TIM3中断   
	}
	 if(htim->Instance==TIM4)
	{
		__HAL_RCC_TIM4_CLK_ENABLE();            //使能TIM4时钟
		HAL_NVIC_SetPriority(TIM4_IRQn,6,0);    //设置中断优先级，抢占优先级1，子优先级0
		HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM4_IRQn);          //开启TIM4中断   
	}
}
//定时器3中断服务函数
void TIM3_IRQHandler(void)
{
    HAL_TIM_IRQHandler(&TIM3_Handler);
}
//定时器4中断服务函数
void TIM4_IRQHandler(void)
{
    HAL_TIM_IRQHandler(&TIM4_Handler);
}

//回调函数，定时器中断服务函数调用
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
    if(htim==(&TIM3_Handler))
    {
        printf("TIM3优先级为4的正在运行！！！\r\n");
    }
		else if (htim==(&TIM4_Handler))
    {
        printf("TIM4优先级为6的正在运行！！！\r\n");
    }
}

主程序创建两个任务即可。