FreeRTOS临界区

Posted 2022-02-01 温人之周.

  FreeRTOS临界区是指那些必须完整运行，不能被打断的代码段，比如有的外设的初始化需要严格的时序，初始化过程中不能被打断。 FreeRTOS 在进入临界区代码的时候需要关闭中断，当处理完临界区代码以后再打开中断。 FreeRTOS 系统本身就有很多的临界区代码，这些代码都加了临界区代码保护，我们在写自己的用户程序的时候有些地方也需要添加临界区代码保护。
  FreeRTOS 与 临界区代 码 保 护 有 关 的 函 数 有 4 个 ： taskENTER_CRITICAL() 、taskEXIT_CRITICAL() 、taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR() 和taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR()，这四个函数其实是宏定义，在 task.h 文件中有定义。 这四个函数的区别是前两个是任务级的临界段代码保护，后两个是中断级的临界段代码保护。

一、任务级临界区代码保护

  taskENTER_CRITICAL()和 taskEXIT_CRITICAL()是任务级的临界代码保护，一个是进入临界段，一个是退出临界段， 这两个函数是成对使用的，这函数的定义如下：

/**
 * task. h
 *
 * Macro to mark the start of a critical code region.  Preemptive context
 * switches cannot occur when in a critical region.
 *
 * NOTE: This may alter the stack (depending on the portable implementation)
 * so must be used with care!
 *
 * \\defgroup taskENTER_CRITICAL taskENTER_CRITICAL
 * \\ingroup SchedulerControl
 */
#define taskENTER_CRITICAL()		portENTER_CRITICAL()
#define taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR() portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR()

/**
 * task. h
 *
 * Macro to mark the end of a critical code region.  Preemptive context
 * switches cannot occur when in a critical region.
 *
 * NOTE: This may alter the stack (depending on the portable implementation)
 * so must be used with care!
 *
 * \\defgroup taskEXIT_CRITICAL taskEXIT_CRITICAL
 * \\ingroup SchedulerControl
 */
#define taskEXIT_CRITICAL()			portEXIT_CRITICAL()
#define taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR( x ) portCLEAR_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR( x )

  而 portENTER_CRITICAL()和 portEXIT_CRITICAL()也是宏定义，在文件 portmacro.h 中有定义，如下：

#define portENTER_CRITICAL()					vPortEnterCritical()
#define portEXIT_CRITICAL()						vPortExitCritical()

  函数 vPortEnterCritical()和 vPortExitCritical()在文件 port.c 中，函数如下：

void vPortEnterCritical( void )

	portDISABLE_INTERRUPTS();
	uxCriticalNesting++;

	/* 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 );
	uxCriticalNesting--;
	if( uxCriticalNesting == 0 )
	
		portENABLE_INTERRUPTS();
	

  可以看出在进入函数 vPortEnterCritical()以后会首先关闭中断，然后给变量 uxCriticalNesting加一， uxCriticalNesting 是个全局变量，用来记录临界段嵌套次数的。函数 vPortExitCritical()是退出临界段调用的，函数每次将 uxCriticalNesting 减一，只有当 uxCriticalNesting 为 0 的时候才会调用函数 portENABLE_INTERRUPTS()使能中断。这样保证了在有多个临界段代码的时候不会因为某一个临界段代码的退出而打乱其他临界段的保护，只有所有的临界段代码都退出以后才会使能中断！
  任务级临界代码保护使用方法如下：

void My_TaskTest(void *pvParameters) 
   
   while(true)
    
		/* 为了保证对PORTA寄存器的访问不被中断，将访问操作放入临界区。进入临界区 */
		taskENTER_CRITICAL();
		/* 在taskENTER_CRITICAL() 与 taskEXIT_CRITICAL()之间不会切换到其它任务。 中断可以执行，也允许嵌套，但只是针对优先级高于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY的中断 – 而且这些中断不允许访问
		FreeRTOS API 函数. */
		PORTA |= 0x01;
		/* 我们已经完成了对PORTA的访问，因此可以安全地离开临界区了。 */
		taskEXIT_CRITICAL();
        vTaskDelay(20 / portTICK_PERIOD_MS);
   
   vTaskDelete(NULL);	

  注意临界区代码一定要精简！因为进入临界区会关闭中断，这样会导致优先级低于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 的中断得不到及时的响应！