FreeRTOS 学习：（十八）FreeRTOS 中断管理

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外部中断”和“内核中断”的差异

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FreeRTOS 中断管理

1）基础知识

Cortex-M 的中断基本知识参考：Cortex-M3-STM32F1 开发：（十六）HAL 库开发 ➤ 超详细的中断讲解，包括 NVIC、EXTI、配置方法和示例-CSDN博客（当时在写裸机中断管理的时候，其中的系统内核中断部分被一笔带过了，下面会着重讲解 ）。

和裸机开发不同的是：运行RTOS时，中断优先级分组要设置为分组4，即全部设置为抢占优先级，

通过在 HAL_Init() 函数中，调用函数 HAL_NVIC_SetPriorityGrouping(NVIC_PRIORITYGROUP_4) 即可完成设置。

中断中使用 FreeRTOS 相关函数的注意点：FreeRTOS 学习：（十六）可调用 FromISR 相关 API 函数的中断优先级范围-CSDN博客。

2）FreeRTOS 中断管理引入

① 内核中断（系统异常）管理

FreeRTOS 主动使用并严格控制以下三个内核异常：

异常	用途	FreeRTOS 配置要求
SysTick	提供系统节拍（tick），驱动任务调度、延时、时间片轮转	必须启用；优先级设为最低（如 0xFF）
PendSV	执行上下文切换（任务切换）	必须启用；优先级设为最低（与 SysTick 相同）
SVC	（可选）用于启动第一个任务（仅在部分移植层使用）	若使用，优先级通常设为最高或中等

通过 SHPR 寄存器来配置 PendSV、SysTick 的优先级。

② 外部中断（外设中断）管理

FreeRTOS 不直接管理外部中断，但对其使用有严格约束，尤其当 ISR 中需要与任务通信时（如发送队列、释放信号量）。

在外部中断 ISR 中，只能调用带 FromISR 后缀的 FreeRTOS API，FreeRTOS 使用 BASEPRI（或 PRIMASK） 实现临界区保护。如果某个中断的优先级 高于 FreeRTOS 允许的阈值，它将 无法安全调用 FromISR API。

③ 总结对比表

项目	内核中断（SysTick/PendSV）	外部中断（USART/TIM/EXTI 等）
是否由 FreeRTOS 使用	✅ 是，核心调度依赖	❌ 否，开发者自定义
优先级配置	必须设为最低（configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY）	数值必须 ≤ configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
能否调用 FreeRTOS API	不应调用（它们是调度器内部）	可调用，但仅限 FromISR 版本
是否影响任务调度	✅ 直接驱动调度	⚠️ 间接影响（通过唤醒任务）
寄存器控制	SHPR（优先级）、SCB->ICSR（挂起）	NVIC_IPR（优先级）、外设控制寄存器

总结就是：

对于内部中断，FreeRTOS 主动控制 SysTick、PendSV、SVC 这三个内核中断，并通过 SHPR(SHP) 寄存器配置其中断优先级；

对于外部中断，FreeRTOS 不直接管理外部中断，但对其使用有严格约束，包括中断优先级限制、API 函数调用限制等。FreeRTOS 的中断管理主要依靠的是 BASEPRI 寄存器，用来屏蔽中断。

3）中断相关寄存器

configPRIO_BITS=4 是用来给优先级寄存器移位用的，因为只用到了高四位。

① 三个系统中断优先级配置寄存器 SHPR1、 SHPR2、 SHPR3

这三个寄存器主要是用来配置 SysTick、PendSV、SVC 这三个内核中断的中断优先级，一般源码中就配置好了，无需修改。

每个寄存器占 4 个字节（32位）：

SHPR1 寄存器地址：0xE000ED18

SHPR2 寄存器地址：0xE000ED1C

SHPR3 寄存器地址：0xE000ED20

PendSV 和 Systick 中断优先级配置过程如下（将优先级11110000写入对应地址，SHPR3 寄存器的第三个字节处）：

最终结果是：PendSV 和 SysTick 设置成最低优先级，以保证系统任务切换不会阻塞系统其他中断的响应。

② 中断屏蔽寄存器和屏蔽函数

三个中断屏蔽寄存器，分别为 PRIMASK、 FAULTMASK 和 BASEPRI 。

名字	描述
PRIMASK	这是个只有 1 个位的寄存器。 当它置 1 时，就关掉所有可屏蔽的异常，只剩下 NMI 和硬 fault 可以响应。 它的默认值是 0，表示没有关中断。
FAULTMASK	这是个只有 1 个位的寄存器。 当它置 1 时，只有 NMI 才能响应，所有其它的异常，包括中断和 fault，通通关闭。 它的默认值也是 0 ，表示没有关异常。
BASEPRI	这个寄存器最多有 9 位（由表达优先级的位数决定）。 它定义了被屏蔽优先级的阀值。当它被设成某个值后，所有优先级号大于等于此值的中断都被关（优先级号越大，优先级越低）。 但若被设成 0，则不关闭任何中断，0 也是默认值。

FreeRTOS 所使用的中断管理就是利用的 BASEPRI 这个寄存器，

BASEPRI 简单来说，就是屏蔽优先级低于某一个阈值的中断，比如： BASEPRI设置为0x50，代表中断优先级在5~15内的均被屏蔽，0~4的中断优先级正常执行。

2.1 关中断代码：

主要使用函数 portDISABLE_INTERRUPTS() ，

调用之后会关闭中断优先级低于 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 数值的所有中断。

#define portDISABLE_INTERRUPTS() 		vPortRaiseBASEPRI()

static portFORCE_INLINE void vPortRaiseBASEPRI( void ) 
{ uint32_t ulNewBASEPRI = configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY; __asm {msr basepri, ulNewBASEPRI  ; 将 configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 赋值给寄存器 basepridsb isb} 
}

其中，configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY=5，具体配置如下：

#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY   (configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY << (8 - configPRIO_BITS))
#define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY   5    /* FreeRTOS可管理的最高中断优先级 */ 

2.2 开中断代码：

主要使用函数 portENABLE_INTERRUPTS() ，设置 basepri 数值为0，则不关闭任何中断（这里别混淆了）。

#define portENABLE_INTERRUPTS()   vPortSetBASEPRI(0)

static portFORCE_INLINE void vPortSetBASEPRI( uint32_t ulBASEPRI ) 
{ __asm{msr basepri, ulBASEPRI} 
}

注意事项：

使用 portDISABLE_INTERRUPTS() 这些函数屏蔽中断时，不论哪个外设的中断服务函数中有没有调用 FreeRTOS 的 API 函数，只要其优先级满足条件，都会被屏蔽。这个屏蔽行为 与中断服务函数（ISR）中是否调用了 FreeRTOS API 无关，只取决于 该中断的优先级是否在被屏蔽范围内。

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