FreeRTOS 延迟中断处理-编程知识

采用二值信号量同步

二值信号量可以在某个特殊的中断发生时，让任务解除阻塞，相当于让任务与中断
同步。这样就可以让中断事件处理量大的工作在同步任务中完成，中断服务例程(ISR)
中只是快速处理少部份工作。如此，中断处理可以说是被”推迟(deferred)”到一个”处理
(handler)”任务。
如果某个中断处理要求特别紧急，其延迟处理任务的优先级可以设为最高，以保证
延迟处理任务随时都抢占系统中的其它任务。这样，延迟处理任务就成为其对应的 ISR
退出后第一个执行的任务，在时间上紧接着 ISR 执行，相当于所有的处理都在 ISR 中
完成一样。这种方案在图图 26 中展现。

延迟处理任务对一个信号量进行带阻塞性质的”take”调用，意思是进入阻塞态以等
待事件发生。当事件发生后，ISR 对同一个信号量进行”give”操作，使得延迟处理任务
解除阻塞，从而事件在延迟处理任务中得到相应的处理。
“获取(Taking，带走，按通常的说法译为获取)”和”给出(Giving)”信号量从概念上讲，

不同的应用场合有不同的含义。在经典的信号量术语中，获取信号量等同于一个 P()
操作，而给出信号量等同于一个 V()操作。

在这种中断同步的情形下，信号量可以看作是一个深度为 1 的队列。这个队列由于
最多只能保存一个数据单元，所以其不为空则为满(所谓”二值”)。延迟处理任务调用
xSemaphoreTake()时，等效于带阻塞时间地读取队列，如果队列为空的话任务则进入
阻塞态。当事件发生后，ISR 简单地通过调用 xSemaphoreGiveFromISR()放置一个令
牌(信号量)到队列中，使得队列成为满状态。这也使得延迟处理任务切出阻塞态，并移
除令牌，使得队列再次成为空。当任务完成处理后，再次读取队列，发现队列为空，又
进入阻塞态，等待下一次事件发生。整个流程在图图 27 中有所展现。
如图图 27 所示，中断给出信号量，甚至是在信号量第一次被获取之前就给出；而任
务在获取信号量之后再也不给回来。这就是为什么说这种情况与读写队列相似。这也经
常会给大家造成迷惑，因为这种情形和其它信号量的使用场合大不相同。在其它场合下，
任务获得(Take)了信号量之后，必须得给(Give)回来——如同第四章描述一样。

vSemaphoreCreateBinary() API 函数
FreeRTOS 中各种信号量的句柄都存储在 xSemaphoreHandle 类型的变量中。
在使用信号量之前，必须先创建它。创建二值信号量使用
vSemaphoreCreateBinary()API 函数
void vSemaphoreCreateBinary( xSemaphoreHandle xSemaphore );

xSemaphore 创建的信号量
需要说明的是 vSemaphoreCreateBinary()在实现上是一个宏，所以
信号量变量应当直接传入，而不是传址。本章中包含本函数调用的示
例可用于参考进行复制。

xSemaphoreTake() API 函数
“带走(Taking)”一个信号量意为”获取(Obtain)”或”接收(Receive)”信号量。只有当信
号量有效的时候才可以被获取。在经典信号量术中，xSemaphoreTake()等同于一次 P()
操作。
除互斥信号量(Recursive Semaphore，直译为递归信号量，按通常的说法译为互
斥信号量)外，所有类型的信号量都可以调用函数 xSemaphoreTake()来获取。
但 xSemaphoreTake()不能在中断服务例程中调用。

portBASE_TYPE xSemaphoreTake( xSemaphoreHandle xSemaphore, portTickType xTicksToWait );

xSemaphore 获取得到的信号量
信号量由定义为 xSemaphoreHandle 类型的变量引用。信号量在使
用前必须先创建。
xTicksToWait 阻塞超时时间。任务进入阻塞态以等待信号量有效的最长时间。
如果 xTicksToWait 为 0，则 xSemaphoreTake()在信号量无效时会
立即返回。
阻塞时间是以系统心跳周期为单位的，所以绝对时间取决于系统心
跳频率。常量 portTICK_RATE_MS 可以用来把心跳时间单位转换
为毫秒时间单位。
如果把 xTicksToWait 设置为 portMAX_DELAY ，并且在
FreeRTOSConig.h 中设定 INCLUDE_vTaskSuspend 为 1，那么阻
塞等待将没有超时限制。

返回值有两个可能的返回值:
1. pdPASS
只有一种情况会返回 pdPASS，那就是成功获得信号量。
如果设定了阻塞超时时间(xTicksToWait 非 0)，在函数返回之前任务
将被转移到阻塞态以等待信号量有效。如果在超时到来前信号量变
为有效，亦可被成功获取，返回 pdPASS。
2. pdFALSE
未能获得信号量。
如果设定了阻塞超时时间（xTicksToWait 非 0），在函数返回之前任
务将被转移到阻塞态以等待信号量有效。但直到超时信号量也没有
变为有效，所以不会获得信号量，返回 pdFALSE。

xSemaphoreGiveFromISR() API 函数
除互斥信号量外，FreeRTOS 支持的其它类型的信号量都可以通过调用
xSemaphoreGiveFromISR()给出。
xSemaphoreGiveFromISR()是 xSemaphoreGive()的特殊形式，专门用于中断服务
例程中。
portBASE_TYPE xSemaphoreGiveFromISR( xSemaphoreHandle xSemaphore,
portBASE_TYPE *pxHigherPriorityTaskWoken );

xSemaphore 给出的信号量
信号量由定义为 xSemaphoreHandle 类型的变量引用。
信号量在使用前必须先创建。
pxHigherPriorityTaskWoken 对某个信号量而言，可能有不止一个任务处于阻塞态在
等待其有效。调用 xSemaphoreGiveFromISR()会让信
号量变为有效，所以会让其中一个等待任务切出阻塞
态。如果调用 xSemaphoreGiveFromISR()使得一个任
务解除阻塞，并且这个任务的优先级高于当前任务(也就
是被中断的任务)，那么 xSemaphoreGiveFromISR()会
在函数内部将 *pxHigherPriorityTaskWoken 设为
pdTRUE。
如果 xSemaphoreGiveFromISR() 将此值设为
pdTRUE，则在中断退出前应当进行一次上下文切换。
这样才能保证中断直接返回到就绪态任务中优先级最
高的任务中。
返回值有两个可能的返回值:
1. pdPASS
xSemaphoreGiveFromISR()调用成功。
2. pdFAIL
如果信号量已经有效，无法给出，则返回 pdFAIL。