《基于嵌入式实时操作系统的程序设计4.ppt

第5章中断服务程序设计 中断服务程序(ISR)是嵌入式应用系统获取各种事件的基本手段，而“事件”是实时性问 题的讨论基础和时间计算的起点。ISR的设计质量直接影响到系统的实时性指标和操作系统的工作效率。 5.1 中断优先级安排 为不同的中断服务程序安排不同的优先级，在允许中断嵌套的情况下，最高优先级的中断总是能够得到及时响应。 5.1.1 中断的优先级资源 中断的优先级资源就是CPU的中断系统。以ARM7体系的CPU为例，最多可以有32个中断资源。 每个具体的中断源可以将其设定为FIQ，使其具有最高优先级，但FIQ最好是分配给唯一的中断源，否则就失去意义；也可以设定为向量IRQ，使其具有中等优先级，但向量IRQ的总数不能超过16个，这些中断源优先级的高低按向量编号从0（最高）到15（最低）排序；如果中断源的个数超过17个，则剩余的中断源只能设定为非向量IRQ，其优先级最低。操作系统本身必须使用一个定时器中断源来作为系统节拍中断，它是操作系统工作的基础。 只要没有关闭中断，中断服务程序可以中断任何任务的运行，故可以将中断服务程序看成比最高优先级（0级）的任务还要优先的“任务”。 5.1.2 中断优先级安排原则 中断源是系统及时获取异步事件的主要手段，其优先级安排原则如下： 》紧迫性：触发中断的事件允许耽误的时间越短，设定的中断优先级就越高。例如脉冲峰值数据采样时耽误的时间越短，采样结果就越真实。紧迫性为最高原则。 》关键性：触发中断的事件越关键（重要），设定的中断优先级就越高。 》频繁性：触发中断的事件发生越频繁，设定的中断优先级就越高。频繁事件的间隔时间比较短，如不及时处理有可能遗漏。 》快捷性：在前三项条件相近时，ISR处理越快捷（耗时短），设定的中断优先级就越高。在发生中断嵌套时，耗时短的ISR嵌套在耗时长的ISR里时对耗时长的ISR的完成时间影响不明显，而耗时长的ISR嵌套在耗时短的ISR里时对耗时短的ISR的完成时间影响很明显。 中断服务程序的功能应该尽量简单，只要将获取的异步事件通信给关联任务即可，后续处理交由关联任务完成。 5.2 不受操作系统管理的中断服务程序 在正常情况下，ISR应该接受操作系统的管理，因为很多任务是靠ISR触发的。但在两种情况下ISR不受操作系统管理：一种情况是没有必要；另一种情况是操作系统根本就没有对该ISR进行管理。 某些控制系统需要在掉电时将各种现场动态数据保存起来，以便下次上电时恢复原样。在这类系统中配备了掉电检测单元，在电源电压开始下降时及时触发掉电中断（配备最高优先 级），在掉电ISR中将各种现场动态数据保存起来，然后使系统进入掉电状态，只有再次复位时系统才能开始重新运行。由于掉电ISR运行之后系统不再运行任何程序，故掉电ISR没有必要受操作系统管理。 实时操作系统μc/os - II移植到ARM7体系的CPU上时，没有对FIQ进行处理，即 FIQ是不受操作系统管理的。选用FIQ来响应实时性要求最高的高速采样操作是一个有效措施，保护现场的工作量很小(FIQ专有的8个寄存器不需要保护)。在工程模板的系统启动文件Startup．s中，已经把汇编代码部分处理好了。用户只需要用C语言编写快速中断服务函数FIQ_Exception()即可，不需要考虑保护现场和恢复现场的问题。 由于没有操作系统介入，FIQ的lSR无法与关联任务进行通信，所获取的信息不能及时得到关联任务的处理，故只能以原始形式保存在一个缓冲区内，等待以后进行离线处理。其典型的例子是高速数据采集系统。 5.3 受操作系统管理的中断服务程序 实时操作系统μ/C/OS - II移植到ARM7体系的CPU上时，对IRQ进行了管理，其ISR代码的编写必须遵循一定的规则。 5. 3.1 中断服务程序的结构 受实时操作系统管理的ISR与不受实时操作系统管理的ISR有很大区别，体现在以下3个时段。 (1)进入中断：除了保护现场外，还需要调用“进入中断”服务函数，用来通知实时操作系统，使实时操作系统掌握当前中断的嵌套深度。 (2)运行功能代码：在这部分代码中，除了完成本ISR的实质功能的代码外，还包含了对系统通信服务函数的调用，实现与其他任务进行通信的功能。正是这种通信功能，使关联任务得到同步信号或数据，从而进入就绪状态。但在ISR中不允许调用延时函数和可能被挂起的系统服务函数。 (3)退出中断：必须执行实时操作系统规定的“退出中断”流程。首先根据中断嵌套深度判断被本次中断所中断的代码是“任务级”还是“中断级”，如果是“中断级”，则返回被中断的较低级的ISR；如果被中断的代码是“任务级”且不允许进行任务调度，则返回被中断的任务。 如果允许进行任务调度，且出现了比被中断的任务的优先级更高的