FreeRTOS临界段代码保护及调度器挂起与恢复
FreeRTOS临界段代码保护及调度器挂起与恢复
临界保护区
什么是临界段：临界段代码也叫做临界区，是指那些必须完整运行，不能被打断的代码段（在rtos中优先级高于系统管理的中断还是可以打断保护区内的代码）
使用场景：时序产生时（IIC，SPI等），系统自身需求，用户需求。
临界区是直接屏蔽了中断，系统任务调度靠中断，ISR也靠中断
FreeRTOS 在进入临界段代码的时候需要关闭中断，当处理完临界段代码以后再打开中断
以下函数都是使用开关中断的方式来实现保护
| 函数 | 描述 |
|---|---|
| taskENTER_CRITICAL() | 任务级进入临界段 |
| taskEXIT_CRITICAL() | 任务级退出临界段 |
| taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR() | 中断级进入临界段 |
| taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR() | 中断级退出临界段 |
使用示例
任务级
taskENTER_CRITICAL() ;
{
… … /* 临界区 */
}
taskEXIT_CRITICAL() ;
中断级
uint32_t save_status;
save_status = taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR()；
{
… … /* 临界区 */
}
taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR(save_status );
注意事项：
- 尽量保持临界段耗时短（因为该函数是用==开关中断的方式==，所以保护区内的代码耗时尽量短，若耗时久则会造成延时中断）
- 成对使用
- 支持嵌套
嵌套实现
void vPortEnterCritical( void )
{
portDISABLE_INTERRUPTS(); //关中断函数
uxCriticalNesting++; //该变量在任务调度函数vTaskStartScheduler中初始化为0 通过该变量来实现保护区嵌套 同时达到成对使用的效果
/* This is not the interrupt safe version of the enter critical function so
* assert() if it is being called from an interrupt context. Only API
* functions that end in "FromISR" can be used in an interrupt. Only assert if
* the critical nesting count is 1 to protect against recursive calls if the
* assert function also uses a critical section. */
if( uxCriticalNesting == 1 )
{
configASSERT( ( portNVIC_INT_CTRL_REG & portVECTACTIVE_MASK ) == 0 );
}
}
void vPortExitCritical( void )
{
configASSERT( uxCriticalNesting ); //判断uxCriticalNesting是否为0 ，为0则报错 调试作用
uxCriticalNesting--;
if( uxCriticalNesting == 0 ) //通过该变量来实现保护区嵌套
{
portENABLE_INTERRUPTS(); //开中断函数
}
}
任务调度器挂起与恢复
挂起任务调度器， 调用此函数不需要关闭中断（用于保护代码执行，使其不被打断）
| 函数 | 描述 |
|---|---|
| vTaskSuspendAll() | 挂起任务调度器 |
| xTaskResumeAll() | 恢复任务调度器（有返回值，用于判断是否要任务切换） |
使用格式
vTaskSuspendAll() ;
{
… … /* 内容 对该内容进行保护*/
}
xTaskResumeAll();
特点
- 与临界区不一样的是，挂起任务调度器，未关闭中断；
- 它仅仅是防止了任务之间的资源争夺，中断照样可以直接响应
- 挂起调度器的方式，适用于临界区位于任务与任务之间；既不用去延时中断，又可以做到临界区的安全
函数内部实现
vTaskSuspendAll() ;
vTaskDelay(10); 延时函数内部使用了任务调度器，下图所示
vTaskSuspendAll() ;再跳转到其 内部实现 ，可见只有一个变量在自增，
前面我们提到过任务调度是由**PendSV中断来实现任务调度的，故此我们可以猜想是不是通过uxSchedulerSuspended变量的自增来实现PendSV**的悬起 来挂起任务调度器呢
为了验证这个猜想我们调到ystick中断服务函数
我们可以发现这一步操作就是给PendSV悬起的操作（使Systick无法触发该中断）
portNVIC_INT_CTRL_REG = portNVIC_PENDSVSET_BIT;
跳转到其宏定义可发先，该操作就是再给0xe000ed04寄存器的28位（1UL << 28UL）置1
#define portNVIC_INT_CTRL_REG ( *( ( volatile uint32_t * ) 0xe000ed04 ) )
#define portNVIC_PENDSVSET_BIT ( 1UL << 28UL )
该为正好是PendSV的悬起开关（下图Cortex-M3内核手册131）
判断了其内部操作，我们再看看它的进入条件
if( xTaskIncrementTick() != pdFALSE )该函数是一个返回值为xSwitchRequired变量的函数
跳转到其函数内部可以发现 它对uxSchedulerSuspended变量的值进行了判断
而 uxSchedulerSuspended 的初值在系统中早有定义为pdFALSE
PRIVILEGED_DATA static volatile UBaseType_t uxSchedulerSuspended = ( UBaseType_t ) pdFALSE;
但是在我们调用挂起函数vTaskSuspendAll() 后该变量会自增故不会执行if中的语句
我们再跳转到该if对应的else
发现他并没有对返回值xSwitchRequired进行操作即返回原值pdFALSE
总结：
vTaskSuspendAll() 该函数是通过使uxSchedulerSuspended自增来实现任务调度器（PendSV）的挂起
xTaskResumeAll();
同样进入函数内部
与之前的与之前任务保护区的实现由异曲同工之妙
简述一下该函数内部实现的功能（初次接触还未能全部理解，稍作总结）
- 等待就绪列表的任务恢复到就绪列表中再按优先级给任务排序（任务挂起后是把任务放到等待就绪列表中）
- 更新阻塞时间（任务创建中有提到过）
- 恢复滴答定时器在任务调度器被挂起时所缺失的节拍数（xTaskIncrementTick()函数实现）
- 任务切换
如有不对 欢迎各位大神指正