RT-Thread記錄（五、RT-Thread 臨界區(qū)保護(hù))

調(diào)度器上鎖和調(diào)度器解鎖函數(shù)，是成對(duì)使用的，切記！

使用示例：

禁止調(diào)度源碼簡(jiǎn)析

但是上面的函數(shù)只對(duì)rt_scheduler_lock_nest變量進(jìn)行了自增，并沒有別的操作，那么這個(gè)變量是如何影響調(diào)度器的呢？
我們查到使用到變量rt_scheduler_lock_nest的地方，找到如下代碼：

那么同樣的，在rt_exit_critical函數(shù)中，當(dāng)然就是變量自減了：

仔細(xì)看了這段代碼還能發(fā)現(xiàn)一個(gè)細(xì)節(jié)，就是這個(gè)關(guān)閉調(diào)度和打開調(diào)度是支持嵌套的！ 調(diào)度器上鎖一次，就要解鎖一次，上鎖2次，就得解鎖2次。

通過這個(gè)也告訴我們，有些時(shí)候多看看源碼，會(huì)比直接看說明對(duì)邏輯的理解更直觀！

2.2 屏蔽中斷

RTOS所有的線程調(diào)度都是建立在中斷基礎(chǔ)上的，關(guān)閉中斷，不僅可以屏蔽，外部中斷，也可以禁止調(diào)度，他比上面的禁止調(diào)度“更能夠保護(hù)”臨界區(qū)。

RT-Thread 屏蔽中斷 和 使能中斷的函數(shù)如下：

/*
返回值：
中斷狀態(tài) 	rt_hw_interrupt_disable 函數(shù)運(yùn)行前的中斷狀態(tài)
*/
rt_base_t rt_hw_interrupt_disable(void);//屏蔽中斷
/*
參數(shù)：
level 	前一次 rt_hw_interrupt_disable 返回的中斷狀態(tài)
*/
void rt_hw_interrupt_enable(rt_base_t level);//中斷使能

注意，上面的終端所中斷鎖是最強(qiáng)大的和最高效的同步方法，這個(gè)方法最主要的問題在于，中斷響應(yīng)延時(shí)會(huì)拉長(zhǎng)，對(duì)于實(shí)時(shí)性特別極端的場(chǎng)合需要注意，所以實(shí)際使用要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合，合理的使用。

中斷屏蔽和中斷使能函數(shù)也是是成對(duì)使用的，切記！

使用示例：

中斷鎖源碼簡(jiǎn)析

上面的函數(shù)找到申明，但是跳轉(zhuǎn)不到函數(shù)原型：

那么函數(shù)的實(shí)現(xiàn)在什么地方呢？如下圖：

因?yàn)槭褂玫氖?gcc 編譯器，所以context_gcc.S文件中的函數(shù)體前后語句會(huì)與 MDK下有一定的區(qū)別，但函數(shù)實(shí)現(xiàn)的匯編語言都是一樣的：

/*
 * rt_base_t rt_hw_interrupt_disable();
 */
 /*
 .global關(guān)鍵字用來讓一個(gè)符號(hào)對(duì)鏈接器可見，可以供其他鏈接對(duì)象模塊使用
 前面兩句意思就類似于定義了一個(gè)全局可調(diào)用的函數(shù)rt_hw_interrupt_disable 
 */
    .global rt_hw_interrupt_disable //告訴編譯器rt_hw_interrupt_disable 是一個(gè)全局可見的
    .type rt_hw_interrupt_disable, %function//告訴編譯器rt_hw_interrupt_disable是一個(gè)函數(shù)
rt_hw_interrupt_disable:
    MRS     R0, PRIMASK   //讀取PRIMASK寄存器的值到r0寄存器
    CPSID   I             //關(guān)閉全局中斷,具體原因見博文后續(xù)說明
    BX      LR       	//函數(shù)返回,通過LR 連接寄存器 返回

/*
 * void rt_hw_interrupt_enable(rt_base_t level);
 */
    .global rt_hw_interrupt_enable   //與上面類似
    .type rt_hw_interrupt_enable, %function
rt_hw_interrupt_enable:
    MSR     PRIMASK, R0  //將 r0 的值寄存器寫入到 PRIMASK 寄存器
    BX      LR   		//函數(shù)返回,通過LR 連接寄存器 返回

即便上面的代碼我寫了注釋，告訴了意思，但是還是會(huì)有問題，為什么 CPSID I就是關(guān)閉全局中斷？

如果好好看了《Cortex-M3與Cortex-M4權(quán)威指南》這個(gè)文檔，所有東西都能明白了。

PRIMSK：中斷屏蔽特殊寄存器。利用 PRIMSK，可以禁止除HardFault 和 NMI外的所有異常。在上面推薦文檔中有說明：

CPSID I就是禁止中斷，CPSIE I就是使能中斷。

一個(gè)細(xì)節(jié)，為什么 rt_hw_interrupt_enable 函數(shù)，不用 CPSIE I恢復(fù)中斷？

答案就是，如果使用CPSIE I使能中斷，那么中斷鎖就無法嵌套。使用R0寄存器將當(dāng)前的PRIMASK的狀態(tài)保存起來，這樣子就必須要關(guān)多少次中斷就得開多少次中斷。

另外值得一說的是， 在上面的示例中R0寄存器中保存的值，就是 rt_base_t level這個(gè)變量！

通過上述分析，我們應(yīng)該完全明白了，RT-Thread 的中斷鎖是如何實(shí)現(xiàn)的，那么其他的RTOS是不是都是這個(gè)樣子呢？ 我們來看看 FreeRTOS 對(duì)于中斷鎖是如何實(shí)現(xiàn)的。

與FreeRTOS區(qū)別

FreeRTOS的臨界區(qū)，在我的博文介紹過：FreeRTOS記錄（四、FreeRTOS任務(wù)堆棧溢出問題和臨界區(qū)）

這里我們就只看一下他的實(shí)現(xiàn)代碼來和 RT-Thread 比較一下（同樣是以M3為例，M0與M3又是不同的）：

這里我們分析就用在任務(wù)中屏蔽中斷的函數(shù)來分析，在中斷中屏蔽分析類似，只不過稍微復(fù)雜一點(diǎn)。

屏蔽中斷：

#define portDISABLE_INTERRUPTS()				vPortRaiseBASEPRI()
/*----------------------------------------------*/
/*只需要注意操作的寄存器為 basepri*/
/*----------------------------------------------*/

portFORCE_INLINE static void vPortRaiseBASEPRI( void )
{
uint32_t ulNewBASEPRI;

	__asm volatile
	(
		"	mov %0, %1												\n" \
		"	msr basepri, %0											\n" \  
		"	isb														\n" \
		"	dsb														\n" \
		:"=r" (ulNewBASEPRI) : "i" ( configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY ) : "memory"
	);
}

使能中斷：

//...
#define portENABLE_INTERRUPTS()					vPortSetBASEPRI(0)
/*只需要注意操作的寄存器為 basepri*/
portFORCE_INLINE static void vPortSetBASEPRI( uint32_t ulNewMaskValue )
{
	__asm volatile
	(
		"	msr basepri, %0	" :: "r" ( ulNewMaskValue ) : "memory"
	);
}
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這里我們通過 FreeRTOS 中斷鎖的代碼可以看出，它操作的是basepri寄存器，而不是PRIMSK寄存器，那么basepri寄存器又是什么呢？ 答案還是從《Cortex-M3與Cortex-M4權(quán)威指南》文檔中可以找到：

FreeRTOS 在中斷鎖的操作上面，是利用 basepri 寄存器屏蔽特定優(yōu)先級(jí)的中斷。 這個(gè)優(yōu)先級(jí)的設(shè)置是用戶可以自行設(shè)置的。這給非常緊急的中斷留了一條后路。

但是不管怎樣，在任何時(shí)候，臨界區(qū)處理的代碼當(dāng)然是時(shí)間越短越好！！

2.3 實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合

簡(jiǎn)單總結(jié)一下，臨界區(qū)的保護(hù)實(shí)際應(yīng)用中可能需要的場(chǎng)合：

調(diào)用公共函數(shù)的代碼（不可重入函數(shù)）
讀取或者修改變量（全局變量）
使用硬件資源（在操作內(nèi)存或者flash的時(shí)候）
對(duì)時(shí)序有精準(zhǔn)要求的操作（I2C通訊，但是得注意在通訊中不能使用利用了systick的延時(shí)函數(shù)，用干等的延時(shí)）
某些用戶不想被打斷的代碼（比如 printf 打?。?/p>

在一般的場(chǎng)合，普通臨界區(qū)的保護(hù)使用禁止調(diào)度的方式就可以滿足需求了，除非你中斷中有對(duì)臨界資源的訪問。
當(dāng)然事無絕對(duì)，有些時(shí)候中斷的發(fā)生對(duì)某些普通任務(wù)（比如ADC采樣）也可能產(chǎn)品影響，所以還是需要根據(jù)實(shí)際情況，合理的使用 臨界區(qū)保護(hù)。

結(jié)語

本文的內(nèi)容從學(xué)會(huì) RT-Thread 臨界區(qū)保護(hù)的使用來說是比較簡(jiǎn)單，只需要掌握幾個(gè)函數(shù)的調(diào)用就可以。但對(duì)于了解實(shí)現(xiàn)原理來說相對(duì)復(fù)雜些，需要對(duì)內(nèi)核，對(duì)操作系統(tǒng)基本原理有一定的理解。

我們通過對(duì)這幾個(gè)函數(shù)源碼的簡(jiǎn)單分析，讓我們對(duì)其原理的實(shí)現(xiàn)有了更直觀的理解，養(yǎng)成看源碼是對(duì)我們學(xué)習(xí)有幫助的一個(gè)好習(xí)慣！

下一篇 RT-Thread 記錄，就要來學(xué)習(xí) RT-Thread 的線程間同步相關(guān)的信號(hào)量，互斥量，這也是 RT-Thread 對(duì)臨界區(qū)的另一種保護(hù)方式。

謝謝！