RTOS训练营上节回顾内部机制中断管理和晚课提问

Posted 2022-08-04 韦东山

一：上节回顾

上节课我们详细的讲了定时器的内部机制：

我们分为两条线来看定时器：

1.上图里面左边的那些函数，都是去写队列：写不同的命令

2.右边的定时器任务：他平时是阻塞状态，他怎样阻塞？

他会调用这个函数：等待队列有数据，但是会指定最多等待多长时间

vQueueWaitForMessageRestricted(xTimerQueue, (xNextExpireTime - xTimeNow),xListWasEmpty);

这个时间：由即将超时的定时器决定

二：内部机制

在定时器任务阻塞的期间，

1.如果别的任务发来了定时器的各种命令：定时器任务会即刻被唤醒、去处理

2.如果一直没有别的任务发来定时器的各种命令，超时时间到了，定时器任务也被唤醒

这时候他就会去调用超时的、定时器的、函数

这个机制也不算很复杂

我觉得这种机制不够好，就比如说：调用xTimerStart

这个函数完全可以直接去操作定时器，也不是很花时间,没有必要去写队列

下面是RT-Thread的代码：

RT-Thread里面:它启动定时器的时候，就直接把定制器放入某个链表

FreeRTOS里面:启动定时器时，先写队列；由定时器任务读队列、放链表

实际上，一些汽车电子行业的人跟我说，

他们基本上不用自带的定时器，都是自己在中断里面直接处理定时器。

• RT-Thread：在这个tick中断里调用定时器函数
• Linux：在这tick中断里调用定时器函数
• FreeRTOS: 在"定时器任务"里调用定时器函数

RT-Thread效率更高，但是必须约定：定时器函数要高效、不能阻塞

FreeRTOS效率低，但是绝对不会影响到中断性能

我们再简单的看看两个例子

这个例子非常简单，注意创建定时器是第3个参数：pdTRUE表示它是周期性的任务

创建完之后还要去启动它

以后定时器任务就会周期性地执行定时器的函数

这个是第2个例子：

创建的时候第3个参数是 pdFALSE，表示一次性定时器

也就是你启动它之后，时间到了会执行一次；然后就再也不会运行了

我觉得这个例子是用来消除抖动，消除抖动应该都很熟悉了

三：中断管理

我们开始讲中断里面用到的函数

现在这里也没有错，是因为我们恰巧把第2个参数设置为0

我们假设：

1.定时器的队列满了

2.上面那个函数超时时间不等于0

会发生什么事情?

中断的优先级比定时器任务优先级高，定时器本身并没有什么优先级

我们看看这个图：

假设有三个任务在轮流运行

你什么时候按下按键，根本就是一个随机的事情

如果队列满了、你调用xTimerReset时指定阻塞时间不为0

他会使得当前任务阻塞。

是谁阻塞？中断阻塞？我们看代码：

再问一下：中断函数里调用xTimerReset导致阻塞，谁阻塞？

从代码里面我们可以看到：pxCurrentTCB被阻塞

pxCurrentTCB 是谁？定时器任务。

task1正在运行，中断发生了，当前任务仍然是task1

task2正在运行，中断发生了，当前任务仍然是task2

再问一下：中断函数里调用xTimerReset导致阻塞，谁阻塞？

也就是我这个被中断的任务，跟你这个GPIO没有任何关系

大家看到了吧：在中断函数里面，你调用的函数，不能够导致阻塞

我们假设这么一种情况：

1.GPIO中断优先级比tick优先级高

2.GPIO中断函数卡主了，GPIO中断没处理完

3.那么tick中断无法产生、时间片轮转无法实现、定时器无法实现

所以中断函数要尽快执行完

在中断函数执行的期间，任务是无法执行的

不论从哪一个角度来看，中断函数都要尽快执行完

我们从头来讲吧，从头讲中断的处理过程：

1.task1正在运行，pxCurrentTCB执向task1

2.按下GPIO按键，产生中断

3.task1的现场，被保存在task1的栈里

4.CPU使用另一个栈，就是中断的栈，开始执行中断函数

5.假设这个中断函数是：

6.xTimeReset就是写队列，假设队列满了

7.xTimerReset导致 当前任务，也就是task1阻塞

对于task1来说，是不是太不公平了？

所以，中断函数里不能调用xTimerReset, 因为它会导致不相干的任务阻塞，
而是调用xTimerResetFromISR，因为它不会阻塞任何任务

我们再来讲另一种情况，中断本身能否阻塞？

1.task1正在运行，pxCurrentTCB执向task1

2.按下GPIO按键，产生中断

3.task1的现场，被保存在task1的栈里

4.CPU使用另一个栈，就是中断的栈，开始执行中断函数

5.假设这个中断函数是：

6.我们来看看会发生什么事情：

我们假设中断函数也可以阻塞

阻塞瞬间的寄存器，被保存在栈里：MSP

然后再次发生了同一个GPIO中断，也阻塞，阻塞瞬间寄存器也保存在MSP里

也就是说：

7.接着再次发生了Tick中断

8.在Tick中断执行过程中，GPIO中断被唤醒了，怎么办？当前栈被Tick中断使用了，你怎么恢复GPIO中断让它继续运行？

这是就非常乱了。

我们来比较这两个函数：xTimerReset、xTimerResetFromISR

在视频里有这个图，如果看不清，看下视频。

我们现在逐个来分析代码：

1.xQueueSendToBack ： 写队列，队列满则阻塞

2.xQueueSendToBackFromISR： 写队列，无论是否成功都马上返回

FromISR函数：绝对不会阻塞

我们先来总结一下：FromISR函数：

1.不会阻塞

2.会唤醒别的任务

3.但是不会即刻调度，也就是不会让别的任务马上运行

我们先来讲讲理论:

1.不会阻塞：因为中断要迅速执行，它自己不能阻塞，也不能阻塞当前任务(当前任务跟中断没关系)

2.会唤醒别的任务：

我按下了按键，产生了中断，在中段函数里写了队列

如果有任务在等待队列，那么这个任务会被唤醒

所谓唤醒：只是把它从delaylist放到ready list

这个被唤醒的任务，即使它的优先级最高，也不会马上被执行的：因为当前正在处理中断

3.既然在中断的处理过程中，不会运行任何任务，那么自然就没有必要去调度

调度就是切换任务、切换栈

如果你在中断函数的处理过程中：切换任务、切换栈，完全是浪费时间

比如：

上图我们用反例来说明：在FromISR里不会调度，也就是不会切换任务

因为效率太低

上面是理论讲解，我们来看看代码：

上面这个图，是普通的函数，没有FromISR后缀

下面这个有FromISR后缀：

在看上图蓝色的箭头

1.`FromISR函数内部，会唤醒任务，但是不会切换任务：如果被唤醒的任务优先级更高，就记录下来

2.portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
如果xHigherPriorityTaskWoken等于pdTRUE，就表示需要调度，这个函数就会触发调度

以写队列为例:

	xQueueSendToBack	xQueueSendToBackFromISR
参数不同	xTicksToWait: 队列满的话阻塞多久	没有xTicksToWait
唤醒等待的任务	写队列后，会唤醒等待数据的任务	写队列后，会唤醒等待数据的任务
调度	如果被唤醒的任务优先级更高，即刻调度	如果被唤醒的任务优先级更高，不会调度 只是记录下来表示：需要调度
阻塞	如果队列满，可以阻塞	如果队列满，不能阻塞

什么叫做调度？

1.当前task1在运行，中断把task2唤醒了，task2优先级更高

需要让task2运行

怎么让task2运行？怎切换任务：

a. 把task1的寄存器保存进task1的栈里

b. 让pxCurrentTCB = task2

c. 从task2的栈里，把保存的值恢复到CPU寄存器里

他怎么调度呢？

他只是去设置一个中断，以后，注意了：我说的是以后

由这个中断来调度

PENDSV的中断优先级最低

1.在中断里触发PENDSV中断：当前中断执行完，才会执行PENDSV中断，才会切换任务

2.在任务里触发PENDSV中断：PENDSV中断马上执行，马上切换任务

所以我们来总结一下，这个图就是今晚的精华：

四：晚课学员提问

1. 问： 老师，假如定时器超时时间没到，也没有队列写数据， 之后定时器任务的等待时间到了 这是定时器任务会怎么样啊 他会重新进入休眠吗

答： 它会执行定时器的函数，然后再次调用：

vQueueWaitForMessageRestricted(xTimerQueue, (xNextExpireTime - xTimeNow),xListWasEmpty);

等待时间xNextExpireTime - xTimeNow会重新计算

2. 问： systick中断里检查队列是否超时唤醒任务，有数据读队列也会唤醒任务，不管哪种唤醒都会检查一下是否到时间了，然后执行回调函数对吧?

答： 有数据就会去读数据，没数据而被唤醒时就去执行定时器的函数

被唤醒的原因，是因为有数据，那么就不会去调用定时器的函数

3. 问： 老师，想问您一下。GPIO中断优先级高，GPIO中断阻塞的时候，tick中断是不是发生不了？

答： 可以发生，但是不会被处理：处于pending状态

4. 问 ：tick中断 比 exti0的优先级更高，能够运行吗？

答： tick可以发生、可以被处理， 也可以切换任务，但是tick中断函数执行完后，会重新进入exti0的中断函数

但任务函数根本没机会执行

5. 问： 中断自己阻塞是什么?死循环吗？还是被别的中断打断

答： 中断不会自己阻塞，之所以这样说是为了跟任务做一个对比

任务：可以自己阻塞

中断：不可以自己阻塞，没这个功能

6. 问： 老师是不是只有pendsv中断有这种Pending的功能？

答： pendsv只是名字叫pend，所有的中断都有pending功能

pending：中断发生了，正在等待处理