UCOSIII的中断和时间管理

前言

UCOSIII（也称为µC/OS-III）的中断管理是其实时操作系统（RTOS）功能的重要组成部分。中断是CPU的一种常见特性，用于向CPU通知异步事件的发生，使得CPU能够暂停当前正在执行的程序，转而执行中断服务程序（ISR）。在UCOSIII中，中断管理涉及多个方面，包括中断嵌套、中断服务程序的编写、临界区保护以及中断发布模式等。

一、中断嵌套

UCOSIII支持中断嵌套，即高优先级的中断可以打断低优先级的中断。UCOSIII使OSIntNestingCtr来记录中断嵌套的次数，最大支持250级的中断嵌套。每进入一次中断服务函数OSIntNestingCtr就会加1；当退出中断服务函数时，OSIntNestingCtr就会减1。

二、中断服务程序的编写

在UCOSIII中，编写中断服务程序时需要使用到两个函数：OSIntEnter()和OSIntExit()。OSIntEnter()用于标记进入中断服务函数，并更新中断嵌套次数；OSIntExit()用于退出中断服务函数，并根据需要发起中断级任务切换。

在uC/OS-III（UCOSIII）中，并不是所有中断的处理程序中都必须显式地调用OSIntEnter()函数。然而，为了确保UCOSIII能够正确地管理中断嵌套和任务调度，建议在所有中断服务程序（ISR）的入口处调用OSIntEnter()，并在退出中断服务程序之前调用OSIntExit()。

一个典型的中断服务程序模板如下：

void XXX_Handler(void) {
    OSIntEnter(); // 进入中断，记录中断嵌套次数
    // 用户自行编写的中断服务程序
    OSIntExit(); // 退出中断，发起任务切换
}

三、临界区保护

临界区（Critical Section）指的是代码中的某些关键部分，这些部分的执行要求不能被打断。在UCOSIII中，有两种方式用于保护临界区代码：

直接发布模式：当宏OS_CFG_ISR_POST_DEFERRED_EN定义为0时，UCOSIII通过关闭中断来保护临界段代码。这种方式可能会延长中断的响应时间。

延迟发布模式：当宏OS_CFG_ISR_POST_DEFERRED_EN定义为1时，UCOSIII通过锁定任务调度来保护临界段代码。在延迟发布模式下，基本不存在关闭中断的情况，而是通过任务调度来实现中断发布，从而减少中断关闭时间。

四、时间管理

4.1时钟节拍

时钟节拍是UCOSIII实时操作系统的“心脏”，它决定了系统时间的最小单位。时钟节拍就是系统以固定的频率产生中断（时基中断），并在中断中处理与时间相关的事件，推动所有任务向前运行。时钟节拍需要依赖于硬件定时器，例如在STM32裸机程序中经常使用的SysTick时钟。

用户需要在os_cfg_app.h中设定时钟节拍的频率（例如#define OS_CFG_TICK_RATE_HZ 1000u），该频率越高，操作系统检测事件就越频繁，可以增强任务的实时性，但也会增加操作系统内核的负担。

4.2任务睡眠延时

UCOSIII提供了OSTimeDly()函数，允许任务调用该函数将执行挂起直到一段时间过去。OSTimeDly()函数允许三种模式：

1. 相对模式（OS_OPT_TIME_DLY）：延时时间从当前时刻开始计算。但是，由于系统负荷的影响，实际延时时间可能并不精确。
2. 周期模式（OS_OPT_TIME_PERIODIC）：任务延时时间间隔总是相同，不受负载变化的影响。
3. 绝对模式（OS_OPT_TIME_MATCH）：在上电后指定的时间执行特定的动作。

4.3延时精度

由于UCOSIII的时钟节拍是固定的，因此任务的延时精度受限于时钟节拍的频率。例如，如果时钟节拍频率设置为1000Hz（即每秒钟1000个节拍），则最小延时单位为1毫秒。但是，由于系统调度和其他任务的影响，实际延时时间可能并不完全精确。

注意，如果调用延时函数小于最小延时单位（1000Hz下为1毫秒），任务会被阻塞不会进行调度。