FreeRTOS任务优先级和中断的优先级

前言

可能你也有这样的疑问：中断的优先级数值越小，优先级越大还是越小？FreeRTOS的任务而言，数值越小，优先级是越大还是越小？什么是FreeRTOS管理中断的逻辑？这些FreeRTOS任务优先级和中断的优先级总是让人混淆，本文就此问题展开论述。

硬件中断的优先级规则

在大多数微控制器（如ARM Cortex-M）中：

• 数值越小，优先级越高。

例如，Cortex-M的中断优先级寄存器通常为8位，但仅使用高几位（如4位），范围为0~15。其中：

• 0 表示最高优先级（可打断其他所有中断）。
• 15 表示最低优先级（被其他中断打断）。

FreeRTOS任务的优先级规则

FreeRTOS中：

• 数值越大，优先级越高。
  通过tskIDLE_PRIORITY（通常为0）定义最低优先级，用户任务优先级范围为1~configMAX_PRIORITIES-1。例如：

  // 创建一个优先级为3的任务（数值越大优先级越高）
  xTaskCreate(vTaskFunction, "Task", 1000, NULL, 3, NULL);
  

FreeRTOS对中断优先级的管理

在硬件中断优先级体系里，数值越小就代表优先级越高。以ARM Cortex - M为例，中断优先级的范围一般是0到15，其中0是最高优先级，15则是最低优先级。
FreeRTOS通过configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY宏定义最高可管理的中断优先级，但这里的数值规则与硬件一致：

• 数值越小，优先级越高。
  例如：

  // 配置FreeRTOS可管理的最高中断优先级为5（数值越小优先级越高）
  #define configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY 5
  

这意味着，优先级数值≤5的中断，其优先级较高；而优先级数值＞5的中断，优先级相对较低。

FreeRTOS借助调整BASEPRI寄存器来屏蔽优先级较低的中断，以此保障关键操作（像任务切换）的原子性。这里有几个关键点需要掌握：

• 可管理的中断优先级：当配置为5时，优先级数值≥5的中断能够被FreeRTOS屏蔽。这类中断可以安全地调用FreeRTOS的ISR专用API，例如xQueueSendFromISR()。
• 系统关键中断优先级：优先级数值＜5的中断，FreeRTOS无法对其进行屏蔽。这类中断属于高优先级中断，在使用时要格外谨慎，不能调用FreeRTOS API。

具体的应用场景说明

1. 允许调用API的中断配置
   对于那些需要和任务进行通信的中断，要把它们的优先级设置为≥5。下面是一个示例：

// 配置外部中断优先级为5（和FreeRTOS可管理的最高优先级相同）
NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 5);void USART1_IRQHandler(void) {// 进行接收处理BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;xQueueSendFromISR(xRxQueue, &cRxChar, &xHigherPriorityTaskWoken);// 若有必要，进行任务切换portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}

2. 禁止调用API的高优先级中断
   系统关键中断，例如滴答定时器（SysTick），其优先级数值要设置为＜5，并且在中断服务函数中不能调用FreeRTOS API。示例如下：

// 配置SysTick优先级为1（高优先级，不可被FreeRTOS屏蔽）
NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 1);void SysTick_Handler(void) {// 执行关键操作，禁止调用FreeRTOS APItimer_update();
}

混淆点澄清

FreeRTOS任务优先级 vs 中断优先级

任务优先级与中断优先级的本质区别

1. 任务优先级

   • 范围：0（空闲任务）到configMAX_PRIORITIES-1。
   • 规则：数值越大优先级越高，高优先级任务可抢占低优先级任务。
   • 调度方式：由FreeRTOS内核通过任务切换实现。

2. 中断优先级

   • 范围：由硬件决定（如Cortex-M的0~15）。
   • 规则：数值越小优先级越高，高优先级中断可抢占低优先级中断。
   • 调度方式：由硬件直接控制，不受FreeRTOS调度器管理。

注意事项

任务 vs 中断：中断优先级始终高于任务，无论任务优先级多高，中断都会立即响应。

FreeRTOS的中断管理逻辑

FreeRTOS通过调整BASEPRI寄存器屏蔽低优先级中断，但屏蔽规则与硬件一致：

• 若BASEPRI=5，则优先级数值≥5的中断被屏蔽，优先级数值<5的中断仍可触发。

任务与中断的交互规则

1. 中断始终优先于任务
   无论任务优先级多高，当中断发生时：

   • 中断服务函数（ISR）会立即执行。
   • 任务被暂停，直到ISR返回。

2. FreeRTOS对中断的限制

   • 可管理中断（优先级≥configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY）：
     可调用FreeRTOS API，可能触发任务切换（如xTaskResumeFromISR()）。
   • 不可管理中断（优先级＜configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY）：
     禁止调用FreeRTOS API，执行期间无法被FreeRTOS屏蔽。

实践举例

任务优先级配置

使用较小数值定义低优先级任务，较大数值定义高优先级任务：

// 低优先级任务（后台处理）
xTaskCreate(vBackgroundTask, "Background", 1000, NULL, 1, NULL);// 高优先级任务（实时处理）
xTaskCreate(vCriticalTask, "Critical", 1000, NULL, configMAX_PRIORITIES-1, NULL);

中断优先级配置

将需要调用FreeRTOS API的中断优先级设置为不低于configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY：

// 配置外部中断0的优先级为5（与FreeRTOS可管理的最高优先级一致）
NVIC_SetPriority(EXTI0_IRQn, configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY);

这里的优先级数值必须大于等于5！

允许调用API的中断配置

对于那些需要和任务进行通信的中断，要把它们的优先级设置为≥5。下面是一个示例：

// 配置外部中断优先级为5（和FreeRTOS可管理的最高优先级相同）
NVIC_SetPriority(USART1_IRQn, 5);void USART1_IRQHandler(void) {// 进行接收处理BaseType_t xHigherPriorityTaskWoken = pdFALSE;xQueueSendFromISR(xRxQueue, &cRxChar, &xHigherPriorityTaskWoken);// 若有必要，进行任务切换portYIELD_FROM_ISR(xHigherPriorityTaskWoken);
}

禁止调用API的高优先级中断

系统关键中断，例如滴答定时器（SysTick），其优先级数值要设置为＜5，并且在中断服务函数中不能调用FreeRTOS API。示例如下：

// 配置SysTick优先级为1（高优先级，不可被FreeRTOS屏蔽）
NVIC_SetPriority(SysTick_IRQn, 1);void SysTick_Handler(void) {// 执行关键操作，禁止调用FreeRTOS APItimer_update();
}

---

本文到此结束，不知道您看到这里是否可以回答开头的问题？如果有帮助到您，欢迎点赞、收藏、转发！