08：软件定时器+中断管理

🕗 发布于 2025-01-16 08:07 单片机 嵌入式硬件 c语言 stm32

软件定时器+中断管理

1、软件定时器
2、中断管理
- 2.1、中断屏蔽
- 2.2、临界区

1、软件定时器

软件定时器是基于 FreeRTOS 内核提供的时间管理功能实现的，允许开发者创建、启动、停止、删除和管理定时器，从而实现在任务中对时间的灵活控制。

软件定时器	硬件定时器
FreeRTOS提供的功能来模拟定时器，依赖系统的任务调度器来进行计时和任务调度	由芯片或微控制器提供，独立于 CPU，可以在后台运行，不受任务调度器的影响
精度和分辨率可能受到任务调度的影响	具有更高的精度和分辨率
不需要额外的硬件资源，但可能会增加系统的负载	占用硬件资源，不会增加 CPU 的负载

软件定时器服务任务是任务调度器中的一个特殊任务，专门用于管理和维护软件定时器的正常运行。如果configUSE_TIMERS 设置为1，在创建软件定时器时，会自动创建一个软件定时器的服务任务，它主要负责调用超时软件定时器的超时回调函数、处理软件定时器命令队列。既然是任务，那么就需要配置优先级，任务栈大小，和命令队列（用于传递处理软件定时器命令）

使用软件定时器需要添加如下代码

/* 软件定时器相关定义 */
#include "timers.h"//添加定时器头文件
#define configUSE_TIMERS 1                                          /* 1: 使能软件定时器, 默认: 0。使能后需指定下面3个 */
#define configTIMER_TASK_PRIORITY (configMAX_PRIORITIES - 1)        /* 定义软件定时器任务的优先级 */
#define configTIMER_QUEUE_LENGTH 5                                  /* 定义软件定时器命令队列的长度*/
#define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH (configMINIMAL_STACK_SIZE * 2) /* 定义软件定时器任务的栈空间大小*/

创建软件定时器

/**
 * 函数：创建软件定时器
 * pcTimerName：定时器名字
 * xTimerPeriodInTicks：定时器周期Tick
 * xAutoReload：pdTrue(周期性定时器)，pdFalse(一次性)
 * pvTimerID： 定时器ID
 * pxCallbackFunction：定时器回调函数
 * 返回值：TimerHandle_t类型变量，Timer句柄
 */
xTimerCreate(const char * const pcTimerName, 
             const TickType_t xTimerPeriodInTicks,
             const BaseType_t xAutoReload,
             void * const pvTimerID,
             TimerCallbackFunction_t pxCallbackFunction) 动态方式创建软件定时器
xTimerCreateStatic() 静态方式创建软件定时器

开启定时器（启动定时器服务任务）

/**
 * 函数：启动软件定时器
 * xTimer：定时器句柄
 * xTicksToWait：等待Tick
 */
xTimerStart(xTimer, xTicksToWait) 开启软件定时器定时
xTimerStartFromISR() 在中断中开启软件定时器定时

启动定时器/停止定时器/复位定时器/更改超时时机的这些API函数其实是软件定时器命令，任务函数中调用这些API函数本质上是在给软件定时器的命令队列写入数据。而通过之前的学习就知道，写入队列需要等待Tick，因此这些对软件定时器配置API需要等待Tick。

停止定时器（将定时器任务挂起）

/**
 * 函数：停止软件定时器定时
 * xTimer：定时器句柄
 * xTicksToWait：等待Tick
 */
xTimerStop(xTimer, xTicksToWait) 停止软件定时器定时
xTimerStopFromISR() 在中断中停止软件定时器定时

复位定时器

/**
 * 函数：复位软件定时器定时
 * xTimer：定时器句柄
 * xTicksToWait：等待Tick
 */
xTimerReset() 复位软件定时器定时
xTimerResetFromISR() 在中断中复位软件定时器定时

更改超时时间

/**
 * 函数：更改软件定时器的定时超时时间
 * xTimer：定时器句柄
 * xNewPeriod：超时Tick
 * xTicksToWait：等待Tick
 */
xTimerChangePeriod(xTimer, xNewPeriod, xTicksToWait) 更改软件定时器的定时超时时间
xTimerChangePeriodFromISR() 在中断中更改定时超时时间时

实验
Task1：使用KEY1开启软件定时器，使用KEY2停止软件定时器
定时器超时函数：每隔500ms打印一次
FreeRTOSConfig.h文件添加的代码如下

/* 软件定时器相关定义 */
#define configUSE_TIMERS 1 /* 1: 使能软件定时器, 默认: 0。使能后需指定下面3个 */
#define configTIMER_TASK_PRIORITY (configMAX_PRIORITIES - 1) /* 定义软件定时器任务的优先级 */
#define configTIMER_QUEUE_LENGTH 5 /* 定义软件定时器命令队列的长度*/
#define configTIMER_TASK_STACK_DEPTH configMINIMAL_STACK_SIZE /* 定义软件定时器任务的栈空间大小*/

freertos_demo.c文件添加的代码如下

#include "freertos_demo.h"

void Task1(void * pvParameters);
void TimerCallback(TimerHandle_t xTimer);
/**
 * 入口函数：创建启动任务，启动调度器
 */
TaskHandle_t Task1_Handler,Task2_Handler;   //任务控制块指针
TimerHandle_t Timer_Handle;                 //软件定时器句柄
void FreeRTOS_Start(void)
{   
    Timer_Handle = xTimerCreate("SoftTimer",500,pdTRUE,NULL,TimerCallback);//动态方式创建软件定时器
   
    /* 进入临界区：防止中断打断 */
    vPortEnterCritical();
    
    /* 1、创建任务1 */
    xTaskCreate((TaskFunction_t)Task1,"Task1",128,NULL,1,&Task1_Handler);//优先级为1

    /* 退出临界区 */
    vPortExitCritical();
    
    /* 2、启动调度器 */
    vTaskStartScheduler();//启动了任务调度器，任务就开始运行了，且创建空闲任务。
}

/**
 * 任务函数1：使用KEY定时器的开关
 */
void Task1(void * pvParameters)
{
    while (1)
    {
        if(Key_Scan() == 1)//按键按下
        {
            printf("启动定时器\r\n");
            xTimerStart(Timer_Handle, 0);//启动定时器服务函数
        }
        else if(Key_Scan() == 2)
        {
            printf("关闭定时器\r\n");
            xTimerStop(Timer_Handle, 0);//关闭定时器服务函数
        }
    }
}

/**
 * 定时器超时服务函数
 */
void TimerCallback(TimerHandle_t xTimer)
{
    printf("定时到了！\r\n");
}

在这里插入图片描述

综上：创建出Task1，和软件定时器服务任务后，虽然软件定时器的服务任务优先级大于Task1，但是由于还没有启动定时器服务任务，所以一直执行Task1。当启动后，定时设置的是500Tick，则启动后先将服务任务阻塞500Tick，然后500Tick后恢复，然后去抢占Tick1，执行软件定时器服务任务。大概的软件定时器服务任务函数如下：

void TimerControl(void)
{
    vTaskDelay(TickType_t Ticks);//先阻塞Tick
    ...
    ...
    pxCallbackFunction(TimerHandle_t xTimer);//然后去执行回调函数
}

2、中断管理

2.1、中断屏蔽

在STM32中，中断优先级是通过中断优先级配置寄存器的高4位 [7:4] 来配置的。因此STM32支持最多16级中断优先级，其中数值越小表示优先级越高，即更紧急的中断。
FreeRTOS中，将PendSV和SysTick设置最低中断优先级（数值最大，15），保证系统任务切换不会阻塞系统其他中断的响应。
FreeRTOS利用BASEPRI寄存器实现中断管理，屏蔽优先级低于某一个阈值的中断。比如： BASEPRI设置为0x50（只看高四位，也就是5），代表中断优先级在5 ~ 15内的均可被屏蔽，0~4的中断优先级正常执行。
而BASEPRI寄存器通过configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY宏来设置的，当设置为5时，则0~4中断正常执行，不会被FreeRTOS管理。而5 ~ 15的中断会被FreeRTOS管理。因此可以调用API函数来屏蔽5 ~ 15的中断。
【注】使用configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY将BASEPRI配置为0x50后，也只有5~15优先级的中断调用xxxFromISR函数才能执行。
在这里插入图片描述中断屏蔽API

在 portmacro.h 中有定义，如下：
#define portDISABLE_INTERRUPTS()                  vPortRaiseBASEPRI()
#define portENABLE_INTERRUPTS()                   vPortSetBASEPRI( 0 )

调用portDISABLE_INTERRUPTS() ，FreeRTOS会关闭管理的所有中断。
调用portENABLE_INTERRUPTS() ，FreeRTOS会打开管理的所有中断。

2.2、临界区

临界段代码，又称为临界区，指的是那些必须在不被打断的情况下完整运行的代码段。例如，某些外设的初始化可能要求严格的时序，因此在初始化过程中不允许被中断打断。
进入/退出临界区API

taskENTER_CRITICAL() ：进入临界段。
taskEXIT_CRITICAL() ：退出临界段。
taskENTER_CRITICAL_FROM_ISR() ：进入临界段（中断级）。
taskEXIT_CRITICAL_FROM_ISR()：退出临界段（中断级）。

taskENTER_CRITICAL() ：进入临界段。本质是去调用portDISABLE_INTERRUPTS() 。因此使用configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY将BASEPRI配置为0x50后。然后进入临界区后5~15的中断都不会打断之后代码的执行（PendSV和SysTick也会停止，任务调度也会停止），直到退出临界区。
【注意】调用多少次进入临界区，就要调用多少次退出临界区。这样才能真正的退出临界区。
实验
设置管理的优先级范围：5~15。
使用两个定时器，一个优先级为4，一个优先级为6。
两个定时器每1s，打印一段字符串，当关中断时，停止打印，开中断时持续打印。

FreeRTOSConfig.h文件中添加如下的代码

/*3. 中断嵌套行为相关配置 cm3内核:我们要求4个优先级位全部为抢占优先级位
     最高优先级是 0
     最低优先级是 15
*/
/* 设置 RTOS 内核自身使用的中断优先级。 一般设置为最低优先级, 不至于屏蔽其他优先级程序*/
#define configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY 0xF0//优先级15
/* 设置了调用中断安全的 FreeRTOS API 函数的最高中断优先级。 FreeRTOS 的管理的最高优先级 */ 
#define configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 0x50//5~15
/* 同上. 仅用于新版移植。 这两者是等效的。 */ 
#define configMAX_API_CALL_INTERRUPT_PRIORITY  configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY

freertos_demo.c文件的代码如下

#include "freertos_demo.h"

void Task1(void);

TaskHandle_t Task1_Handler;
void FreeRTOS_Start(void)
{
    /* 进入临界区：防止中断打断 */
    vPortEnterCritical();
    /* 1、创建任务1 */
    xTaskCreate((TaskFunction_t)Task1,"Task1",128,NULL,1,&Task1_Handler);
    
    /* 退出临界区 */
vPortExitCritical();

/* 2、启动调度器 */
    vTaskStartScheduler();

}

/**
 * 任务1函数：开关中断
 */
void Task1(void)
{
    uint8_t Key = 0;
    while (1)
    {
        Key = Key_Scan();
        /*关闭中断*/
        if(Key == 1)
        {
            printf("关闭中断！\r\n");
            //taskENTER_CRITICAL();
            portDISABLE_INTERRUPTS(); //进入临界区，关闭优先级5~15的所有中断
        }else if(Key == 2)
        {
            printf("开启中断！\r\n");
            //taskEXIT_CRITICAL();
            portENABLE_INTERRUPTS();//退出临界区，开启优先级5~15的所有中断

        }  
//vTaskDelay(500); //这里不能有延时，因为代码底层有关闭中断和开启中断
    }
}

stm32f1xx_it.c文件的代码如下：

void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim)
{
  /* USER CODE BEGIN Callback 0 */

  /* USER CODE END Callback 0 */
  if (htim->Instance == TIM4) {
    HAL_IncTick();
  }
  /* USER CODE BEGIN Callback 1 */
  else if(htim->Instance == TIM2)//是定时器2
  {
       printf("TIM2的优先级为4！\r\n");
  }
  else if(htim->Instance == TIM3)//是定时器3
  {
       printf("TIM3的优先级为6！\r\n");
   }
  /* USER CODE END Callback 1 */
}

在这里插入图片描述

【注意】此实验将SysTick中断的优先级配置 < 5。不然在进入临界区后想退出临界区就不可能了。因为若Tick中断依然是15，进入临界区就会关闭Tick中断，即FreeRTOS代码就停止运行了，按下KEY2将无任何反应。

原文地址：https://blog.csdn.net/qq_51284092/article/details/145143459

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