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在freertos中，中断优先级和任务优先级之间的关系和使用方法

article 2025/2/14 3:34:53

中断优先级和任务优先级如何匹配？任务优先级不同任务之间该用多高的优先级？中断优先级不同中断中该用多高的优先级？中断优先级和任务优先级设置时，怎样设置可以让任务在调度时屏蔽中断？怎样设置可以让任务在调度时？中断不受任务调度影响，怎样设置？可以让临界区或禁用中断语句生效。

在实时操作系统（RTOS）中，中断优先级和任务优先级的匹配是一个关键的设计问题。合理的优先级设置可以确保系统的实时性和稳定性。以下是关于中断优先级和任务优先级匹配的详细说明，以及如何设置优先级来满足不同的需求。

1. 中断优先级和任务优先级的匹配

1.1 中断优先级

中断优先级是硬件级别的优先级，由中断控制器（如NVIC）管理。
高优先级的中断可以抢占低优先级的中断。
中断优先级通常是一个数值，数值越小，优先级越高（例如，0是最高优先级）。

1.2 任务优先级

任务优先级是操作系统级别的优先级，由RTOS（如FreeRTOS）管理。
高优先级的任务可以抢占低优先级的任务。
任务优先级通常是一个数值，数值越大，优先级越高（例如，在FreeRTOS中，优先级范围是0到configMAX_PRIORITIES-1）。

1.3 匹配原则

中断优先级应高于任务优先级：
中断是硬件触发的，通常需要快速响应。因此，中断优先级应设置为高于所有任务的优先级，以确保中断能够及时处理。
任务优先级应根据实时性需求设置：
实时性要求高的任务（如控制任务）应设置为高优先级，而实时性要求低的任务（如日志任务）可以设置为低优先级。

2. 任务优先级的设置

2.1 任务优先级的分配

高优先级任务：
实时性要求高的任务，如控制任务、通信任务等。优先级可以设置为接近最大值（例如，在FreeRTOS中设置为configMAX_PRIORITIES-1）。
中优先级任务：
一般任务，如数据处理任务、状态监测任务等。优先级可以设置为中等值。
低优先级任务：
实时性要求低的任务，如日志任务、调试任务等。优先级可以设置为较低值（例如，在FreeRTOS中设置为1或2）。

2.2 任务优先级的注意事项

避免过多的任务设置为相同优先级，否则可能导致任务切换频繁，影响系统性能。
高优先级任务应尽量短小精悍，避免长时间占用CPU，导致低优先级任务无法运行。

3. 中断优先级的设置

3.1 中断优先级的分配

高优先级中断：
实时性要求高的中断，如硬件定时器中断、通信中断（如UART、SPI、I2C）等。优先级可以设置为较高值（例如，0或1）。
中优先级中断：
一般中断，如ADC采样中断、GPIO中断等。优先级可以设置为中等值。
低优先级中断：
实时性要求低的中断，如看门狗中断等。优先级可以设置为较低值。

3.2 中断优先级的注意事项

中断服务程序（ISR）应尽量短小，避免长时间占用CPU。
高优先级中断应尽量避免嵌套，否则可能导致系统响应变慢。

4. 如何设置任务和中断优先级以满足不同需求

4.1 让任务在调度时屏蔽中断

5.2 同步机制

5.3 注意事项

方法：
在任务中调用taskENTER_CRITICAL()和taskEXIT_CRITICAL()，进入临界区时会屏蔽所有可屏蔽的中断。

适用场景：
当任务需要访问共享资源时，可以通过进入临界区来屏蔽中断，确保操作的原子性。

void TaskFunction(void *pvParameters) {
    while (1) {
        // 进入临界区，屏蔽中断
        taskENTER_CRITICAL();

        // 访问共享资源
        SharedResourceAccess();

        // 退出临界区，恢复中断
        taskEXIT_CRITICAL();
    }
}

4.2 让中断不受任务调度影响

方法：
将中断优先级设置为高于所有任务的优先级。

适用场景：
当中断需要快速响应时，确保中断不会被任务调度延迟。

// 设置中断优先级（以STM32为例）
NVIC_SetPriority(UART_IRQn, 0);  // 将UART中断优先级设置为最高
NVIC_SetPriority(TIM_IRQn, 1);   // 将定时器中断优先级设置为次高

4.3 让临界区或禁用中断语句生效

方法：
使用taskENTER_CRITICAL()和taskEXIT_CRITICAL()进入临界区，或者直接禁用中断（如__disable_irq()）。

适用场景：
当需要保护共享资源或确保代码段的原子性时。

void CriticalSectionFunction() {
    // 进入临界区，屏蔽中断
    taskENTER_CRITICAL();

    // 执行关键代码
    CriticalCode();

    // 退出临界区，恢复中断
    taskEXIT_CRITICAL();
}