FreeRTOS从入门到精通第五章（中断管理）

标签：TIM2 TIM3 优先级入门 FreeRTOS 中断 NVIC TIM 第五章

参考教程：【正点原子】手把手教你学FreeRTOS实时系统_哔哩哔哩_bilibili

一、中断的回顾与深入

1、概述

（1）让CPU打断正常运行的程序，转而去处理紧急的事件（程序），这个过程就叫中断，受理的事件称为中断服务程序。

（2）中断执行机制，可简单概括为三步：

①外设产生中断请求（GPIO外部中断、定时器中断等）。

②CPU停止执行当前程序，转而去执行中断处理程序（ISR）。

③执行完毕，返回被打断的程序处，继续往下执行。

（3）中断服务函数的优先级需在FreeRTOS所管理的范围内；在中断服务函数里面若需调用FreeRTOS的API函数，只能使用带“FromISR”后缀的函数。

2、中断优先级及分组

（1）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，但STM32只用了中断优先级配置寄存器的高4位[7 : 4]，所以STM32提供了最大16级的中断优先等级（中断优先级数值越小，等级越高）。

（2）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占优先级低的中断。

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，子优先级数值小的优先执行。

（3）中断优先级分组一共有5种分配方式，对应着中断优先级分组的5个组，通过调用函数NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_x)可完成设置，建议将所有优先级位指定为抢占优先级位（即NVIC_PriorityGroup_4），方便FreeRTOS管理。

优先级分组	抢占优先级	子优先级	优先级配置寄存器高 4 位
NVIC_PriorityGroup_0	0 级抢占优先级	0-15 级子优先级	0bit 用于抢占优先级 4bit 用于子优先级
NVIC_PriorityGroup_1	0-1 级抢占优先级	0-7 级子优先级	1bit 用于抢占优先级 3bit 用于子优先级
NVIC_PriorityGroup_2	0-3 级抢占优先级	0-3 级子优先级	2bit 用于抢占优先级 2bit 用于子优先级
NVIC_PriorityGroup_3	0-7 级抢占优先级	0-1 级子优先级	3bit 用于抢占优先级 1bit 用于子优先级
NVIC_PriorityGroup_4	0-15 级抢占优先级	0 级子优先级	4bit 用于抢占优先级 0bit 用于子优先级

（4）移植了FreeRTOS的工程中，在低于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY（FreeRTOS可管理的最高中断优先级）优先级的中断里才允许调用FreeRTOS的API函数。

3、中断相关寄存器

（1）STM32F103C8T6中有三个系统中断优先级配置寄存器，分别为SHPR1、SHPR2、SHPR3。

①SHPR1寄存器的地址为0xE000ED18，SHPR2寄存器的地址为0xE000ED1C，SHPR3寄存器的地址为0xE000ED20。

②PendSV和SysTick中断设置最低优先级，这是为了保证系统任务切换不会阻塞系统其它中断的响应。

（2）STM32F103C8T6中有三个中断屏蔽寄存器，分别为PRIMASK、FAULTMASK和BASEPRI，FreeRTOS所使用的中断管理就是利用BASEPRI这个寄存器，它可屏蔽优先级低于某一个阈值的中断（当设置为0时，不关闭任何中断）。

①当BASEPRI设置为0x50时，中断优先级在5 ~ 15的中断全部被关闭。

#define portDISABLE_INTERRUPTS() 		vPortRaiseBASEPRI()
static portFORCE_INLINE void vPortRaiseBASEPRI( void ) 
{ 
	uint32_t ulNewBASEPRI = configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY; 
	__asm 
	{
		msr basepri, ulNewBASEPRI   //将ulNewBASEPRI写入寄存器BASEPRI
		dsb 
		isb
	} 
}
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY    (configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS)) 
//使用BASEPRI的高4位，故需左移(8 - configPRIO_BITS)位
#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY   5   
//FreeRTOS可管理的最高中断优先级

②当BASEPRI设置为0x00时，不关闭任何中断。

#define portENABLE_INTERRUPTS()		 vPortSetBASEPRI( 0 )  //参数为0
static portFORCE_INLINE void vPortSetBASEPRI( uint32_t ulBASEPRI ) 
{ 
	__asm
	{
		msr basepri, ulBASEPRI   //将ulNewBASEPRI写入寄存器BASEPRI
	} 
}

二、FreeRTOS中断管理实验

1、原理图与实验目标

（1）原理图：

（2）实验目标：

①使用两个定时器TIM2和TIM3，TIM2中断的优先级为4，相应中断服务程序为控制LED1状态翻转，TIM3中断的优先级为6，相应中断服务程序为控制LED2状态翻转，系统所管理的优先级范围为5~15。

②设计2个任务——start_task、task3：

[1]start_task：用于创建task3任务。

[2]task3：中断测试任务，任务中将调用关中断和开中断函数来体现对中断的管理作用。

③预期实验现象：

[1]程序下载到板子上后，两个LED灯闪烁。

[2]按下按键1，LED2停止闪烁，LED1仍继续闪烁。

[3]按下按键2，LED2恢复闪烁。

2、实验步骤

（1）将“任务创建和删除的动态方法实验”的工程文件夹复制一份，在拷贝版中进行实验。

（2）在stm32教程中找到“定时器定时中断”实验，复制其中的Timer.c文件和Timer.h文件，将其添加到本实验的项目中，如下图所示。

（3）将key.c文件以及FreeRTOS_experiment.c文件中的阻塞函数更改为Delay_ms死延时函数，因为vTaskDelay函数的底层中调用了开中断函数，不利于实验现象的观察。

（4）在Timer.c文件中完成TIM2和TIM3初始化函数的实现，并在Timer.h文件中声明。

#include "stm32f10x.h"                  // Device header

void Timer2_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);	  //开启TIM2的时钟
	
	/*配置时钟源*/
	TIM_InternalClockConfig(TIM2);		//选择TIM2为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟
	
	/*时基单元初始化*/
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;			//定义结构体变量
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;		//时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;	//计数器模式，选择向上计数
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10000 - 1;			//计数周期，即ARR的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1;		//预分频器，即PSC的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;		//重复计数器，高级定时器才会用到
	TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);		//将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM2的时基单元	
	
	/*中断输出配置*/
	TIM_ClearFlag(TIM2, TIM_FLAG_Update);		//清除定时器更新标志位
	//TIM_TimeBaseInit函数末尾，手动产生了更新事件
	//若不清除此标志位，则开启中断后，会立刻进入一次中断
	//如果不介意此问题，则不清除此标志位也可
	
	TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);		//开启TIM2的更新中断
	
	/*NVIC配置*/
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;				//定义结构体变量
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;	//选择配置NVIC的TIM2线
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;	//指定NVIC线路使能
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 4;	//指定NVIC线路的抢占优先级为4
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;		//指定NVIC线路的响应优先级为0
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设
	
	/*TIM使能*/
	TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);			//使能TIM2，定时器开始运行
}

void Timer3_Init(void)
{
	/*开启时钟*/
	RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM3, ENABLE);	  //开启TIM3的时钟
	
	/*配置时钟源*/
	TIM_InternalClockConfig(TIM3);		//选择TIM3为内部时钟，若不调用此函数，TIM默认也为内部时钟
	
	/*时基单元初始化*/
	TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;			//定义结构体变量
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;		//时钟分频，选择不分频，此参数用于配置滤波器时钟，不影响时基单元功能
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;	//计数器模式，选择向上计数
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = 10000 - 1;			//计数周期，即ARR的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = 7200 - 1;		//预分频器，即PSC的值
	TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;		//重复计数器，高级定时器才会用到
	TIM_TimeBaseInit(TIM3, &TIM_TimeBaseInitStructure);		//将结构体变量交给TIM_TimeBaseInit，配置TIM3的时基单元	
	
	/*中断输出配置*/
	TIM_ClearFlag(TIM3, TIM_FLAG_Update);	//清除定时器更新标志位
	//TIM_TimeBaseInit函数末尾，手动产生了更新事件
	//若不清除此标志位，则开启中断后，会立刻进入一次中断
	//如果不介意此问题，则不清除此标志位也可
	
	TIM_ITConfig(TIM3, TIM_IT_Update, ENABLE);		//开启TIM3的更新中断
	
	/*NVIC配置*/
	NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;				//定义结构体变量
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM3_IRQn;	//选择配置NVIC的TIM3线
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;	//指定NVIC线路使能
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 6;	//指定NVIC线路的抢占优先级为6
	NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0;		//指定NVIC线路的响应优先级为0
	NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);	//将结构体变量交给NVIC_Init，配置NVIC外设
	
	/*TIM使能*/
	TIM_Cmd(TIM3, ENABLE);			//使能TIM3，定时器开始运行
}

（5）将FreeRTOSConfig.h文件中的configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY定义为(5 << 4)，主要是为了配置FreeRTOS可管理的最高中断优先级为5，这个值直接写入BASEPRI寄存器中。

#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 	(5 << 4)

（6）删除FreeRTOS_experiment.c文件中关于task1和task2的内容，并更改task3函数的具体实现，按下按键1，FreeRTOS关中断，按下按键2，FreeRTOS开中断。

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "LED.h"
#include "Key.h"
#include "Delay.h"

//宏定义
#define START_TASK_STACK_SIZE 128   //start_task任务的堆栈大小
#define START_TASK_PRIO       1     //start_task任务的优先级
#define TASK3_STACK_SIZE      128   //task3任务的堆栈大小
#define TASK3_PRIO            4     //task3任务的优先级

//任务函数声明
void start_task(void);
void task3(void);

//任务句柄
TaskHandle_t start_task_handler;    //start_task任务的句柄
TaskHandle_t task3_handler;         //task3任务的句柄


void FreeRTOS_Test(void)
{
	//创建任务start_task
	xTaskCreate((TaskFunction_t)start_task,            //指向任务函数的指针
				"start_task",                       //任务名字
				START_TASK_STACK_SIZE,       //任务堆栈大小，单位为字
				NULL,                           //传递给任务函数的参数
				START_TASK_PRIO,              //任务优先级
				(TaskHandle_t *) &start_task_handler  //任务句柄，就是任务的任务控制块
				);
	
	//开启任务调度器
	vTaskStartScheduler();
}


void start_task(void)
{
	//进入临界区（临界区保护，就是保护那些不想被打断的程序段）
	taskENTER_CRITICAL();
	
	//创建任务task3
	xTaskCreate((TaskFunction_t)task3,             //指向任务函数的指针
				"task3",                        //任务名字
				TASK3_STACK_SIZE,           //任务堆栈大小，单位为字
				NULL,                        //传递给任务函数的参数
				TASK3_PRIO,                  //任务优先级
				(TaskHandle_t *) &task3_handler   //任务句柄，就是任务的任务控制块
				);
	
	//删除任务自身
	vTaskDelete(NULL);
	
	//退出临界区
	taskEXIT_CRITICAL();
}

void task3(void)
{
	uint8_t key = 0;
	while(1)
	{
		key = Key_GetNum();    //读取按键键值
		if(key == 1)
		{
			portDISABLE_INTERRUPTS();    //关中断，中断优先级在5~15的中断全部被关闭
		}
		if(key == 2)
		{
			portENABLE_INTERRUPTS();     //开中断
		}
		Delay_ms(10);  //延时10ms，这里不能使用自我阻塞，其底层会开中断，导致看不到预期效果
	}
}

（7）main.c文件的主函数中需要配置NVIC中断优先级分组，然后初始化两个定时器（先分组，再配置，顺序不能反），并在主函数外实现两个定时器分别对应的中断服务程序，TIM2中断服务程序控制LED1状态翻转，TIM3中断服务程序控制LED2状态翻转。

#include "stm32f10x.h"                  // Device header
#include "OLED.h"
#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "FreeRTOS_experiment.h"
#include "Key.h"
#include "LED.h"
#include "Timer.h"

int main(void)
{
	/*模块初始化*/
	Key_Init();         //Key初始化
	LED_Init();         //LED初始化
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4);	//配置NVIC为分组4
	                    //即抢占优先级范围：0~15，响应优先级范围：0
	Timer2_Init();      //定时器2中断初始化
	Timer3_Init();      //定时器3中断初始化
	
	FreeRTOS_Test();
	while (1)
	{
		
	}
}

void TIM2_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		LED1_Turn();      //LED1状态翻转
		TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
	}
}

void TIM3_IRQHandler(void)
{
	if (TIM_GetITStatus(TIM3, TIM_IT_Update) == SET)
	{
		LED2_Turn();      //LED2状态翻转
		TIM_ClearITPendingBit(TIM3, TIM_IT_Update);
	}
}

（8）程序完善好后点击“编译”，然后将程序下载到开发板上。

3、程序执行流程

（1）main函数全流程：

①初始化按键模块、LED模块，配置NVIC中断优先级分组，初始化定时器TIM2和TIM3。

②调用FreeRTOS_Test函数（此处未画出中断可能将main函数打断）。

（2）测试函数全流程（此处未画出中断可能将测试函数打断）：

①创建任务start_task。

②开启任务调度器。

（3）多任务调度执行阶段（发生在开启任务调度器以后）：

①start_task任务函数首先进入临界区，在临界区中start_task任务不会被其它任务打断，接着start_task任务创建任务task3，然后删除自身，接着退出临界区，让出CPU资源。（此处未画出中断可能将start_task打断）

②start_task任务自我删除后，除了空闲任务以外，只剩下task3任务需要执行。

③按下按键1，中断优先级数值大于等于5的中断都被FreeRTOS关闭，即TIM2中断被关闭，但TIM3中断仍为打开状态。

④按下按键2，FreeRTOS打开所有能管理的中断，即TIM2中断和TIM3中断均为打开状态。

标签：TIM2,TIM3,优先级,入门,FreeRTOS,中断,NVIC,TIM,第五章
From： https://blog.csdn.net/Zevalin/article/details/144865877

FreeRTOS从入门到精通第五章（中断管理）

一、中断的回顾与深入

1、概述

2、中断优先级及分组

3、中断相关寄存器

二、FreeRTOS中断管理实验

1、原理图与实验目标

2、实验步骤

3、程序执行流程

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