一:资源管理
除了互斥量(Mutex)之外,如何通过屏蔽中断 和暂停调度器来实现对临界资源的独占访问。
以下是该章节的核心内容总结:
1. 资源管理的不仅仅是互斥量
虽然之前的章节(如互斥量)介绍了通过"公平竞争"的方式(谁先拿到锁谁用)来保护临界资源,但本章介绍了更"强硬"的方法 :
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如果是中断跟任务抢资源:直接屏蔽中断。
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如果是其他任务跟当前任务抢资源:直接禁止调度器,阻止任务切换。
二:屏蔽中断(Critical Sections,临界区)
1. 在任务中屏蔽中断 (In Task)
在任务级代码中,我们使用一对宏来定义临界区。
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进入临界区 :
taskENTER_CRITICAL() -
退出临界区 :
taskEXIT_CRITICAL()
特性:
- 这两段代码之间,优先级低于或等于 **
configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY**的中断会被屏蔽 。 - 由于没有中断,任务调度也就无法进行,当前任务独占 CPU 。
- 支持嵌套调用:宏内部有计数器,只有当退出次数等于进入次数时,中断才会真正重新开启
示范代码:
/* 假设这里是一个任务函数 */
void vATaskFunction( void *pvParameters )
{
for( ;; )
{
/* ... 其他非临界代码 ... */
/* 进入临界区:
* 执行这句代码后,受管辖的中断被屏蔽,任务调度停止
*/
taskENTER_CRITICAL();
/* * --- 访问临界资源 ---
* 这里是独占式访问,不会被中断打断,也不会被切换到其他任务
* 注意:这里的代码必须尽可能快速地执行!
*/
AccessSharedData();
/* 退出临界区:
* 重新使能中断,恢复任务调度
*/
taskEXIT_CRITICAL();
/* ... 其他代码 ... */
}
}
2. 在中断服务程序中屏蔽中断 (In ISR)
在中断服务程序(ISR)中,必须使用带有 FROM_ISR 后缀的宏。这一点非常重要,因为 ISR 的运行环境与任务不同。
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进入临界区 :
taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR() -
退出临界区 :
taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR( uxSavedInterruptStatus )
关键区别: ISR 版本需要保存进入临界区之前的中断状态。因为进入 ISR 时,某些中断可能已经被硬件或软件关闭了,退出时不能盲目打开所有中断,而是要恢复到之前的状态 。
示范代码:
C
void vAnInterruptServiceRoutine( void )
{
/* 定义一个变量,用来记录当前中断是否使能的状态 */
UBaseType_t uxSavedInterruptStatus;
/* * 进入临界区:
* 1. 屏蔽中断
* 2. 返回进入前的中断状态,保存在变量中
*/
uxSavedInterruptStatus = taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR();
/* * --- 访问临界资源 ---
* 这里的代码不会被更高优先级的中断打断(受 FreeRTOS 管理范围内)
*/
AccessHardwareRegister();
/* * 退出临界区:
* 传入之前保存的状态变量,恢复中断状态
*/
taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR( uxSavedInterruptStatus );
/* 现在,当前 ISR 可以被更高优先级的中断打断了 */
}
3. 注意事项与限制
虽然屏蔽中断使用起来很简单,但它对系统的实时性影响很大,被称为"粗鲁"的方法 。
执行时间要短 :在 ENTER 和 EXIT 之间的代码必须非常快。如果这里卡住了,系统将无法响应其他硬件中断,也无法切换任务,导致系统"卡死"或响应延迟 。
高优先级中断例外 :优先级高于 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 的中断不会 被屏蔽。这意味着这些极高优先级的中断仍然可以发生,但它们绝对不允许调用任何 FreeRTOS 的 API 函数 。
- 死锁风险:虽然屏蔽中断本身不会导致普通死锁,但如果临界区内调用了会阻塞的函数(等待队列、延时等),会导致系统彻底崩溃,因为调度器已经被暂停了。