20191014 (25) RT-Thread 中断管理

目的

1 了解 RT-Theard 内部处理中断

---

正文

1 寄存器构成
stack pointer–>SP 堆栈指针寄存器
Link Register --> LR 连接寄存器 用于 调用子程序
Program Counter --> PC 程序计数器
MSP --> 主堆栈指针
PSP --> 进程堆栈指针

PSRs --> 程序状态字寄存器组
PRIMASK/FAULTMASK/BASEPRI 中断屏蔽寄存器组
CONTROL --> 控制寄存器

2 Cortex-M 运行模式
操作模式：线程 和 处理 两种模式
  处理模式：进入异常或中断
  线程模式：其它

运行级别：特权级 和 用户级
处理模式：运行在特权级

RT-Thread 中断工作机制

1 中断向量表

2 中断处理过程
RT-Thread 分为 中断前导程序/用户中断服务程序/中断后续程序

2.1 中断前导程序
2.1.1 保存 CPU 中断时上下文信息
2.1.2 通知内核进入中断状态，调用 rt_interrupt_enter() 函数，作用是把全局变量 rt_interrupt_nest 加 1，用以记录中断嵌套层数

void rt_interrupt_enter(void) {
    rt_base_t level;
    
    level = rt_hw_interrupt_disable();
    rt_interrupt_nest ++;
    rt_hw_interrupt_enable(level);
}

2.2 中断服务程序
2.2.1 不进行线程切换，运行结束之后就会返回中断的线程
2.2.2 中断过程中需要进行线程切换 rt_hw_context_switch_interrupt()

然后触发 PendSV 异常（PendSV 异常是专门用来辅助上下文切换的，且被初始化为最低优先级的异常）。PendSV 异常被触发后，不会立即进行 PendSV 异常中断处理程序，因为此时还在中断处理中，只有当中断后续程序运行完毕，真正退出中断处理后，才进入 PendSV 异常中断处理程序

2.3 中断后续程序
2.3.1 通知内核离开中断状态 rt_interrupt_leave(), 将全局变量 rt_interrupt_nest 减 1

void rt_interrupt_leave(void) {
    rt_base_t level;
    
    level = rt_hw_interrupt_disable():
    rt_interrupt_nest --;
    rt_hw_interrupt_enable(level);
}

2.3.2 恢复中断前的 CPU 上下文

恢复中断前的 CPU 上下文，如果在中断处理过程中未进行线程切换，那么恢复 from 线程的 CPU 上下文，如果在中断中进行了线程切换，那么恢复 to 线程的 CPU 上下文。这部分实现跟 CPU 架构相关，不同 CPU 架构的实现方式有差异

---

中断嵌套

当一个中断发生时，中断服务程序需要取得相应的硬件状态或者数据。如果中断服务程序接下来要对状态或者数据进行简单处理，比如 CPU 时钟中断，中断服务程序只需对一个系统时钟变量进行加一操作，然后就结束中断服务程序。这类中断需要的运行时间往往都比较短。但对于另外一些中断，中断服务程序在取得硬件状态或数据以后，还需要进行一系列更耗时的处理过程，通常需要将该中断分割为两部分，即上半部分（Top Half）和底半部分（Bottom Half）。在上半部分中，取得硬件状态和数据后，打开被屏蔽的中断，给相关线程发送一条通知（可以是 RT-Thread 所提供的信号量、事件、邮箱或消息队列等方式），然后结束中断服务程序；而接下来，相关的线程在接收到通知后，接着对状态或数据进行进一步的处理，这一过程称之为底半处理。

底半处理：是指将中断过程分为两部分，前一部分用于保存的各类信息启动中断过程，后一部分是异步的直到等待 Bottom half 信号之后在处理

接口管理

API 并不会出现在每一个移植分支中，例如通常 Cortex-M0/M3/M4 的移植分支中就没有这个 API。

由于关闭全局中断会导致整个系统不能响应中断，所以在使用关闭全局中断做为互斥访问临界区的手段时，必须需要保证关闭全局中断的时间非常短，例如运行数条机器指令的时间。