Nucleus 实时操作系统中断（上）
Nucleus 實時操作系統(tǒng)中斷（上）
Interrupts in the Nucleus SE RTOS
所有現(xiàn)代微處理器和微控制器都有某種中斷設(shè)施。這種能力對于提供許多應(yīng)用程序所需的響應(yīng)能力是必不可少的。當(dāng)然，響應(yīng)性和可預(yù)測性也是使用實時操作系統(tǒng)背后的一個關(guān)鍵目標(biāo)，因此這兩個主題確實存在輕微的沖突。使用中斷可能會損害操作系統(tǒng)的實時完整性。這一主題，以及沖突的解決方法，目前不講。在這里，我們將了解Nucleus SE使用的中斷處理策略。
在所有情況下，中斷都不是由Nucleus SE控制的，它們是在中斷發(fā)生時根據(jù)優(yōu)先級進行處理的，并以通常的方式進行矢量化。它們的執(zhí)行時間只是從運行主線應(yīng)用程序代碼和調(diào)度程序的可用時間中“偷走”的。顯然，這意味著所有的中斷服務(wù)程序都應(yīng)該簡單、簡短和快速。
本機中斷和托管中斷
Nucleus SE確實提供了兩種處理中斷的方法：“本機”中斷服務(wù)例程沒有什么特別的，并且與操作系統(tǒng)交互的機會有限（至少在選擇優(yōu)先級調(diào)度器時是這樣）；“托管”中斷服務(wù)例程可以進行更廣泛的API調(diào)用。
通過一些進入/退出宏，與Nucleus SE應(yīng)用程序一起使用的中斷服務(wù)例程可以被指定為本機或托管的。
本機中斷
Nucleus SE本機中斷是標(biāo)準(zhǔn)的中斷服務(wù)例程，您可以將其視為“非托管的”。當(dāng)am中斷可能以很高的頻率發(fā)生并且需要以非常低的開銷進行服務(wù)時，通常使用它們。由于許多現(xiàn)代嵌入式編譯器都支持通過interrupt關(guān)鍵字編寫中斷服務(wù)例程，所以這個例程很可能是用C編寫的。唯一保存的上下文信息是編譯器認為必要的信息。這導(dǎo)致本機中斷例程可以執(zhí)行的操作有很大的限制，我們將很快看到。
要構(gòu)造Nucleus SE本機中斷服務(wù)例程，只需按通常的方式編寫ISR，包括在開始時調(diào)用NUSE_NISR_Enter（）宏，在末尾調(diào)用NUSE_NISR_Exit（）。這些宏在nuse_types.h中定義，只需將全局變量nuse_Task_State設(shè)置為nuse_NISR_CONTEXT。
托管中斷
如果您需要在ISR可以執(zhí)行的操作方面有更大的靈活性，Nucleus SE管理的中斷可能是解決方案。與本機中斷的關(guān)鍵區(qū)別是上下文保存。托管中斷不僅僅允許編譯器堆疊幾個寄存器，而是在輸入時保存完整的任務(wù)上下文（在上下文塊中）。然后從當(dāng)前任務(wù)的上下文塊中加載當(dāng)前任務(wù)的上下文。這考慮到了當(dāng)前任務(wù)可能被ISR代碼的操作改變的可能性；當(dāng)優(yōu)先級調(diào)度器正在使用時，這是完全可能的。包含了對Nucleus SE上下文保存和恢復(fù)的完整描述。
顯然，完整的上下文保存比由本機中斷執(zhí)行的幾個寄存器的堆棧開銷更高。這是額外靈活性的代價，也是為什么可以選擇處理中斷的方法的原因。
托管中斷是使用NUSE_managed_ISR（）宏構(gòu)造的，該宏在NUSE_types.h中定義。此宏構(gòu)造包含以下序列的函數(shù)：
· task context save
· set NUSE_Task_State to NUSE_MISR_CONTEXT
· call user-supplied ISR code function
· restore NUSE_Task_State to previous setting
· task context restore
宏接受兩個參數(shù)：中斷的名稱，用作構(gòu)造的例程的函數(shù)名；包含用戶提供的ISR邏輯的函數(shù)名。
本文后面將介紹Nucleus SE實時時鐘ISR，它是受管ISR的一個示例。
中斷服務(wù)例程的API調(diào)用
可以從本機或托管ISR調(diào)用的API函數(shù)的范圍取決于選擇了哪個調(diào)度程序。一般來說，優(yōu)先級調(diào)度程序的使用為在API函數(shù)調(diào)用的結(jié)果下調(diào)用調(diào)度程序提供了許多機會，這在本機ISR中是一個問題。
使用優(yōu)先級調(diào)度程序從本機ISR調(diào)用API
允許使用優(yōu)先級調(diào)度程序從本機ISR調(diào)用有限范圍的API函數(shù)。這一限制是由于Nucleus SE API的靈活性造成的–許多調(diào)用都會導(dǎo)致任務(wù)準(zhǔn)備就緒，并且本地ISR不可能調(diào)用調(diào)度器（因為任務(wù)上下文未被保存）。如果不啟用任務(wù)阻塞，則具有更大的靈活性。
始終允許以下API調(diào)用：
NUSE_Task_Current()
NUSE_Task_Check_Stack()
NUSE_Task_Information()
NUSE_Task_Count()
NUSE_Partition_Pool_Information()
NUSE_Partition_Pool_Count()
NUSE_Mailbox_Information()
NUSE_Mailbox_Count()
NUSE_Queue_Information()
NUSE_Queue_Count()
NUSE_Pipe_Information()
NUSE_Pipe_Count()
NUSE_Semaphore_Information()
NUSE_Semaphore_Count()
NUSE_Event_Group_Information()
NUSE_Event_Group_Count()
NUSE_Signals_Send()
NUSE_Timer_Control()
NUSE_Timer_Get_Remaining()
NUSE_Timer_Reset()
NUSE_Timer_Information()
NUSE_Timer_Count()
NUSE_Clock_Set()
NUSE_Clock_Retrieve()
NUSE_Release_Information()
但是，唯一真正有用的是NUSE_Signals_Send（），因為這提供了一個很好的方法來指示任務(wù)需要一些工作。
如果禁用了阻塞（這意味著許多API調(diào)用可能無法使任務(wù)就緒），則可以使用許多其他API函數(shù)：
NUSE_Partition_Allocate()
NUSE_Partition_Deallocate()
NUSE_Mailbox_Send()
NUSE_Mailbox_Receive()
NUSE_Mailbox_Reset()
NUSE_Queue_Send()
NUSE_Queue_Receive()
NUSE_Queue_Jam()
NUSE_Queue_Reset()
NUSE_Pipe_Send()
NUSE_Pipe_Receive()
NUSE_Pipe_Jam()
NUSE_Pipe_Reset()
NUSE_Semaphore_Obtain()
NUSE_Semaphore_Release()
NUSE_Semaphore_Reset()
NUSE_Event_Group_Set()
NUSE_Event_Group_Retrieve()
但是，唯一真正有用的是NUSE_Signals_Send（），因為這提供了一個很好的方法來指示任務(wù)需要一些工作。
如果禁用了阻塞（這意味著許多API調(diào)用可能無法使任務(wù)就緒），則可以使用許多其他API函數(shù)：
NUSE_Task_Suspend()
NUSE_Task_Resume()
NUSE_Task_Sleep()
NUSE_Task_Relinquish()
NUSE_Task_Reset()
NUSE_Signals_Receive()
來自托管ISR或具有非優(yōu)先級調(diào)度程序的本機ISR的API調(diào)用
當(dāng)使用run-to-completion、round-robin或time-sliced調(diào)度器時，可以從ISR調(diào)用范圍更廣的API函數(shù)。如果使用類似的ISR優(yōu)先級，則受管調(diào)度器有助于提高ISR的優(yōu)先級。這是因為允許調(diào)用可能導(dǎo)致調(diào)度不同的任務(wù)。NUSE_Reschedule（）中的代碼有助于此功能，該代碼檢測調(diào)用的上下文是ISR，并禁止上下文切換（允許它在ISR結(jié)束時發(fā)生）。調(diào)度程序操作的完整細節(jié)在前面的一篇文章中介紹過。
一個關(guān)鍵的要求是ISR中的API調(diào)用不能導(dǎo)致當(dāng)前任務(wù)的掛起，例如等待一個資源。換句話說，這種調(diào)用應(yīng)該在suspend選項設(shè)置為NUSE_NO_suspend的情況下進行。
鑒于此規(guī)定，可使用以下API調(diào)用：
NUSE_Task_Current()
NUSE_Task_Check_Stack()
NUSE_Task_Information()
NUSE_Task_Count()
NUSE_Task_Suspend()
NUSE_Task_Resume()
NUSE_Task_Reset()
NUSE_Partition_Allocate()
NUSE_Partition_Deallocate()
NUSE_Partition_Pool_Information()
NUSE_Partition_Pool_Count()
NUSE_Mailbox_Send()
NUSE_Mailbox_Receive()
NUSE_Mailbox_Reset()
NUSE_Mailbox_Information()
NUSE_Mailbox_Count()
NUSE_Queue_Send()
NUSE_Queue_Receive()
NUSE_Queue_Jam()
NUSE_Queue_Reset()
NUSE_Queue_Information()
NUSE_Queue_Count()
NUSE_Pipe_Send()
NUSE_Pipe_Receive()
NUSE_Pipe_Jam()
NUSE_Pipe_Reset()
NUSE_Pipe_Information()
NUSE_Pipe_Count()
NUSE_Semaphore_Obtain()
NUSE_Semaphore_Release()
NUSE_Semaphore_Reset()
NUSE_Semaphore_Information()
NUSE_Semaphore_Count()
NUSE_Event_Group_Set()
NUSE_Event_Group_Retrieve()
NUSE_Event_Group_Information()
NUSE_Event_Group_Count()
NUSE_Signals_Send()
NUSE_Timer_Control()
NUSE_Timer_Get_Remaining()
NUSE_Timer_Reset()
NUSE_Timer_Information()
NUSE_Timer_Count()
NUSE_Clock_Set()
NUSE_Clock_Retrieve()
NUSE_Release_Information()
一些API調(diào)用是不允許的，因為它們與當(dāng)前任務(wù)相關(guān)：
NUSE_Task_Relinquish()
NUSE_Signals_Receive()
NUSE_Task_Sleep()
實時時鐘ISR
實時時鐘（RTC）ISR是Nucleus SE提供的唯一完整的中斷服務(wù)例程。除了為Nucleus SE提供所有所需的定時功能外，它還可以作為如何編寫受管中斷的示例。
RTC ISR操作
RTC ISR提供的設(shè)施已在前面的一篇文章中概述，其中涵蓋了Nucleus SE中的系統(tǒng)時間這一廣泛主題。根據(jù)應(yīng)用程序的配置方式，所有功能都是可選的。這是RTC ISR的完整代碼。
#if NUSE_TIMER_NUMBER != 0
{
U8 timer;for (timer=0; timer
{
if
(NUSE_Timer_Status[timer])
{
if (–NUSE_Timer_Value[timer] == 0)
{
NUSE_Timer_Expirations_Counter[timer]++;
#if NUSE_TIMER_EXPIRATION_ROUTINE_SUPPORT ||
NUSE_INCLUDE_EVERYTHING
if (NUSE_Timer_Expiration_Routine_Address[timer]
!= NULL)
{
((PF1)NUSE_Timer_Expiration_Routine_Address[timer])
NUSE_Timer_Expiration_Routine_Parameter[timer]);
}
#endif
/* reschedule? */
if
(NUSE_Timer_Reschedule_Time[timer] != 0)
{
/* yes: set up time */
NUSE_Timer_Value[timer] =
NUSE_Timer_Reschedule_Time[timer];
}
else
{
/* no: disable */
NUSE_Timer_Status[timer] = FALSE;
}
}
}}
}
#endif
#if NUSE_SYSTEM_TIME_SUPPORT || NUSE_INCLUDE_EVERYTHING
NUSE_Tick_Clock++;
#endif
#if NUSE_TASK_SLEEP || NUSE_INCLUDE_EVERYTHING
{
U8 task;for (task=0; task{if (NUSE_Task_Timeout_Counter[task]
!= 0)
{
NUSE_Task_Timeout_Counter[task]–;
if (NUSE_Task_Timeout_Counter[task] == 0)
{
NUSE_Wake_Task(task);
}
}}
}
#endif
#if NUSE_SCHEDULER_TYPE == NUSE_TIME_SLICE_SCHEDULER
if (–NUSE_Time_Slice_Ticks == 0){NUSE_Reschedule();}
#endif
我們將研究RTC ISR的四個功能領(lǐng)域：
計時器
如果配置了任何應(yīng)用程序計時器，ISR將通過遞減其計數(shù)器值來循環(huán)為每個計時器提供服務(wù)。如果計時器過期（即計數(shù)器達到零），則兩個操作將生效：
如果配置了計時器過期例程，并且計時器具有指向函數(shù)的有效（非空）指針（在NUSE_timer_expiration_Routine_Address[]），則執(zhí)行例程，并從NUSE_timer_expiration_Routine_parameter[]接收參數(shù)。
如果計時器有一個重定時時間（即NUSE_timer_reschedule_time[]中的非零值），則計時器將重新加載該值。
應(yīng)用程序計時器在上一篇文章中有更詳細的描述。
系統(tǒng)時鐘
如果配置了系統(tǒng)時鐘，那么NUSE_Tick_clock的值只會遞增。關(guān)于系統(tǒng)時間的進一步討論可以在上一篇文章中找到。
任務(wù)睡眠
如果啟用了任務(wù)休眠（即配置了API調(diào)用NUSE_task_sleep（）），則會檢查每個任務(wù)的超時計數(shù)器（NUSE_task_timeout_counter[]中的條目），如果不是零，則遞減。如果任何計數(shù)器達到零，則相應(yīng)的任務(wù)將被喚醒。
時間片調(diào)度
如果正在使用時間片調(diào)度程序，則時間片計數(shù)器（NUSE_time_slice_Ticks）將遞減。如果達到零，則調(diào)用調(diào)度程序。對NUSE_Reschedule（）的調(diào)用負責(zé)重置計數(shù)器。
有管理的中斷
對RTC ISR是受管中斷的原因進行一些解釋可能是有用的，因為在正確的情況下，用戶可能希望將其重新編碼為本機中斷，以減少開銷。例如，如果只使用系統(tǒng)時間工具（即沒有應(yīng)用程序計時器、沒有任務(wù)睡眠和時間片調(diào)度器），則本機中斷就可以了。管理中斷的需求如下：
如果使用了計時器并配置了過期例程，這些例程可能會（從中斷上下文）進行API調(diào)用，從而導(dǎo)致重新調(diào)度。它們受到與從isr發(fā)出的API調(diào)用相同的限制（請參閱本章前面的部分）。
如果優(yōu)先級調(diào)度程序正在使用中，任務(wù)休眠到期可能需要調(diào)度更高優(yōu)先級的任務(wù)。
如果正在使用時間片調(diào)度程序，它肯定會從RTC ISR調(diào)用，因此必須使用托管中斷。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Nucleus 实时操作系统中断（上）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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