第4章 中斷處理與時(shí)間管理

1、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間管理本章描述本章描述CC/OS-II/OS-II的中斷處理與時(shí)間管理，包括：的中斷處理與時(shí)間管理，包括： 與中斷相關(guān)的概念與中斷相關(guān)的概念 CC/OS-II/OS-II中斷處理的方法中斷處理的方法 中斷級(jí)的任務(wù)切換中斷級(jí)的任務(wù)切換 時(shí)鐘節(jié)拍器的原理與正確應(yīng)用方法以及時(shí)鐘節(jié)拍器的原理與正確應(yīng)用方法以及 5 5個(gè)時(shí)間管理函數(shù)。個(gè)時(shí)間管理函數(shù)。本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間管理 中斷定義為CPU對(duì)系統(tǒng)

2、內(nèi)、外發(fā)生的異步事件的響應(yīng)。異步事件是指沒有一定時(shí)序關(guān)系的、隨機(jī)發(fā)生的事件。當(dāng)中斷產(chǎn)生時(shí)，由硬件向CPU 發(fā)送一個(gè)異步事件請(qǐng)求，CPU接收到請(qǐng)求后，中止當(dāng)前工作，保存當(dāng)前運(yùn)行環(huán)境，轉(zhuǎn)去處理相應(yīng)的異步事件任務(wù)，這個(gè)過程稱為中斷。事件處理完畢后，程序回到： 在前后臺(tái)系統(tǒng)中，程序回到后臺(tái)程序； 在不可剝奪型內(nèi)核中，程序回到被中斷了的任務(wù)； 在可剝奪型內(nèi)核中，讓進(jìn)入就緒態(tài)的優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)開始運(yùn)行，若沒有高優(yōu)先級(jí)任務(wù)準(zhǔn)備就緒，則回到被中斷了的任務(wù)。 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間管理 使用中斷機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)在于：CPU無需連續(xù)不斷地

3、查詢是否有新的事件發(fā)生，只需在有事件發(fā)生時(shí)才作出響應(yīng)。 關(guān)中斷會(huì)影響中斷延遲時(shí)間，時(shí)間太長(zhǎng)可能會(huì)引起中斷丟失。所以在實(shí)時(shí)環(huán)境中，關(guān)中斷的時(shí)間應(yīng)盡量短。 CPU可以通過兩條特殊指令：關(guān)中斷（Disable Interrupt）和開中斷（Enable Interrupt）來響應(yīng)和不響應(yīng)中斷。 在中斷服務(wù)期間，CPU一般允許中斷嵌套，如圖4.1所示，允許新的中斷打入，識(shí)別中斷優(yōu)先級(jí)別更高的事件。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間管理嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與

4、時(shí)間管理 中斷延遲定義為：從硬件中斷發(fā)生到開始執(zhí)行中斷處理程序第一條指令所用的時(shí)間。也就是說，中斷延遲是從中斷發(fā)生到中斷跳轉(zhuǎn)指令執(zhí)行完畢之間的這段時(shí)間。 由于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)考慮得更多的是最壞的情況，而不是平均的情況，因此指令執(zhí)行的時(shí)間必須按照最長(zhǎng)的指令執(zhí)行時(shí)間來計(jì)算。所以中斷延遲時(shí)間，通常是由關(guān)中斷的最長(zhǎng)時(shí)間來決定的。關(guān)中斷的時(shí)間越長(zhǎng)，中斷延遲就越長(zhǎng)。中斷延遲是實(shí)時(shí)內(nèi)核最重要的指標(biāo)。1、在前后臺(tái)系統(tǒng)中、在前后臺(tái)系統(tǒng)中中斷延遲中斷延遲 MAXMAX（最長(zhǎng)指令，關(guān)中斷的最長(zhǎng)）時(shí)間（最長(zhǎng)指令，關(guān)中斷的最長(zhǎng)）時(shí)間 中斷向量跳轉(zhuǎn)時(shí)間中斷向量跳轉(zhuǎn)時(shí)間2、在不可剝奪型和不可剝奪內(nèi)核中、在不可剝奪型和不可剝奪內(nèi)

5、核中中斷延遲中斷延遲MAXMAX（最長(zhǎng)指令，用戶關(guān)中斷，內(nèi)核關(guān)中斷）時(shí)間（最長(zhǎng)指令，用戶關(guān)中斷，內(nèi)核關(guān)中斷）時(shí)間+ +中斷向量跳轉(zhuǎn)時(shí)間中斷向量跳轉(zhuǎn)時(shí)間 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間管理 中斷響應(yīng)定義為從中斷發(fā)生起到開始執(zhí)行中斷用戶處理程序的第一條指令所用的時(shí)間，換句話說，中斷響應(yīng)是從中斷發(fā)生到剛剛開始處理異步事件之間的這段時(shí)間，它包括開始處理這個(gè)中斷前的全部開銷。 一般地，執(zhí)行用戶代碼之前要保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，將CPU的各個(gè)寄存器推入堆棧。這段時(shí)間將被稱為中斷響應(yīng)時(shí)間。 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教

6、程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間管理2.在可剝奪型內(nèi)核中，則要先調(diào)用一個(gè)特定的函數(shù)，通知內(nèi)核即將進(jìn)行中斷服務(wù)，使得內(nèi)核可以跟蹤中斷的嵌套。對(duì)于C/OS-說來，這個(gè)函數(shù)是OSIntEnter()，可剝奪型內(nèi)核的中斷響應(yīng)時(shí)間由下式給出： 1.在前后臺(tái)系統(tǒng)和不可剝奪型內(nèi)核中，保存寄存器以后立即執(zhí)行用戶代碼，中斷響應(yīng)時(shí)間由下式給出：3.中斷響應(yīng)考慮的是系統(tǒng)在最壞情況下的響應(yīng)中斷時(shí)間，而不是平均時(shí)間。 例如某系統(tǒng)100次中有99次在100s之內(nèi)響應(yīng)中斷，只有一次響應(yīng)中斷的時(shí)間是250s，只能認(rèn)為中斷響應(yīng)時(shí)間是250s。 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四

7、章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間管理 中斷恢復(fù)時(shí)間定義為：CPU返回到被中斷了的程序代碼所需要的時(shí)間。1.在前后臺(tái)系統(tǒng)和不可剝奪型內(nèi)核前后臺(tái)系統(tǒng)和不可剝奪型內(nèi)核中，中斷恢復(fù)時(shí)間只包括恢復(fù)CPU內(nèi)部寄存器值的時(shí)間和執(zhí)行中斷返回指令的時(shí)間。中斷恢復(fù)時(shí)間由下式給出：嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間管理2.對(duì)于可剝奪型內(nèi)核可剝奪型內(nèi)核，中斷的恢復(fù)要復(fù)雜一些。一般地，可剝奪型內(nèi)核在中斷服務(wù)子程序的末尾，都要調(diào)用一個(gè)由實(shí)時(shí)內(nèi)核提供的中斷脫離函數(shù)。在C/OS-中，這個(gè)函數(shù)叫做OSIntExit()，它首先判斷是否脫離了所有的中斷嵌套，

8、然后再判斷是否有更高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)準(zhǔn)備就緒。若還處于中斷嵌套中，那么程序返回到前一級(jí)中斷服務(wù)子程序繼續(xù)執(zhí)行；若已經(jīng)脫離了所有的中斷嵌套，則檢查當(dāng)前是否有優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)準(zhǔn)備就緒，若有則返回到這個(gè)優(yōu)先級(jí)更高的任務(wù)，被中斷了的任務(wù)只有重新成為優(yōu)先級(jí)最高的就緒態(tài)任務(wù)時(shí)才能恢復(fù)運(yùn)行；如果沒有更高優(yōu)先級(jí)任務(wù)準(zhǔn)備就緒，則返回到被中斷的任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行。在這種情況下，可剝奪型內(nèi)核的中斷恢復(fù)時(shí)間由下式給出：嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間管理嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間

9、管理1.在非屏蔽中斷服務(wù)子程序中，不能在非屏蔽中斷處理內(nèi)處理臨界區(qū)代碼、不能使用內(nèi)核提供的服務(wù)。2.在非屏蔽中斷處理程序中參數(shù)的傳遞必須用全程變量，且全程變量的字節(jié)長(zhǎng)度必須能夠一次讀完。3.若一定要在非屏蔽中斷產(chǎn)生時(shí)使用內(nèi)核服務(wù)，則可以通過用非屏蔽中斷產(chǎn)生普通可屏蔽中斷的方法來實(shí)現(xiàn)。 非屏蔽中斷（NMI）是指不能用系統(tǒng)指令來關(guān)閉的中斷。 非屏蔽中斷的特點(diǎn)是：中斷優(yōu)先級(jí)高、延遲時(shí)間短、響應(yīng)快、不能被嵌套，不能忍受內(nèi)核的延遲，一般常應(yīng)用于緊急事件處理，如掉電保護(hù)等。嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間管理4.2.1 4.2.1 中

10、斷處理程序中斷處理程序圖4.4 標(biāo)準(zhǔn)中斷處理程序流程圖 二、中斷進(jìn)入函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼二、中斷進(jìn)入函數(shù)的實(shí)現(xiàn)代碼 在C/OS-中，中斷處理程序可用匯編語言編寫，也可以用C語言編寫。一、一、 標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的CC/OS-/OS-中斷服務(wù)子程序中斷服務(wù)子程序 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的C/OS-中斷服務(wù)子程序應(yīng)該按圖4.4所示流程圖進(jìn)行編寫。程序清單程序清單4.1 4.1 OSIntEnterOSIntEnter() ()void OSIntEnter (void) reentrant if (OSRunning = = TRUE) / 多任務(wù)啟動(dòng)后，方可通知 / 內(nèi)核。否則，直接退出。 if (OSIntNesting

11、 0) OSIntNesting-； ( 1 ) if (OSIntNesting | OSLockNesting) = 0) ( 2 ) OSIntExitY = OSUnMapTblOSRdyGrp； OSPrioHighRdy = (INT8U)(OSIntExitY 0) / 若參數(shù)為0，則表示不想對(duì)/ 任務(wù)延時(shí)，函數(shù)立即返回 OS_ENTER_CRITICAL()； / 關(guān)中斷 y = OSTCBCur-OSTCBY； OSRdyTbly &= OSTCBCur-OSTCBBitX； /從就緒表中移出當(dāng)前任務(wù) if (OSRdyTbly &= OSTCBCur-OST

12、CBBitX) = 0) OSRdyGrp &= OSTCBCur-OSTCBBitY； OSTCBCur-OSTCBDly = ticks；/ 保存節(jié)拍數(shù)，每隔一個(gè)/時(shí)鐘節(jié)拍，這個(gè)變量數(shù)減1 OS_EXIT_CRITICAL()； / 關(guān)中斷 OS_Sched()；/ 當(dāng)前任務(wù)已經(jīng)掛起，執(zhí)行/下一個(gè)優(yōu)先級(jí)最高就緒任務(wù) 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間管理在調(diào)用OSTimeDly()函數(shù)時(shí)必須注意以下事項(xiàng)：1.時(shí)間的長(zhǎng)短是用時(shí)鐘節(jié)拍的數(shù)目來確定的；2.可提供的時(shí)鐘節(jié)拍數(shù)范圍是：165,535；3.參數(shù)為0，表明不進(jìn)

13、行延時(shí)操作，而立即返回調(diào)用者；4.為了確保設(shè)定的延時(shí)時(shí)間，建議設(shè)定的時(shí)鐘節(jié)拍數(shù)加1；5.只能在任務(wù)中調(diào)用，無配置常量。 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間管理INT8U OSTimeDlyHMSM( INT8U hour，INT8U minutes，INT8U seconds，INT16U milli) reentrant 4.4.2.1 4.4.2.1 函數(shù)原型函數(shù)原型 1.功能功能：這是一個(gè)十分有用的函數(shù)，它是以時(shí)、分、秒、毫秒為單位進(jìn)行延時(shí)。2.調(diào)用者調(diào)用者：只能是任務(wù)。調(diào)用后，如果延時(shí)時(shí)間不為0，系統(tǒng)將立即掛起當(dāng)前任

14、務(wù)，并進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。3.最長(zhǎng)延時(shí)最長(zhǎng)延時(shí)：長(zhǎng)達(dá)256個(gè)小時(shí)（接近11天）。4.函數(shù)參數(shù)函數(shù)參數(shù)： hours 延時(shí)小時(shí)數(shù)， 取值范圍0255； mintues 延時(shí)分鐘數(shù)， 取值范圍059； seconds 延時(shí)秒數(shù)， 取值范圍059； milli 延時(shí)毫秒數(shù)， 取值范圍0999嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間管理1.OS_ON_ERR調(diào)用成功；2.OS_TIME_INVALID_MINUTES 參數(shù)錯(cuò)誤，分鐘數(shù)大于59；3.OS_TIME_INVALID_SECONDS參數(shù)錯(cuò)誤，秒數(shù)大于59；4.OS_TIME_INVA

15、LID_MILLI參數(shù)錯(cuò)誤，毫秒數(shù)大于999；5.OS_TIME_ZERO_DLY 4個(gè)參數(shù)全為0，不操作而直接返回OSTimeDlyHMSM()函數(shù)的返回值有如下幾種：嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間管理程序清單程序清單4.84.8 OSTimeDlyHMSMOSTimeDlyHMSM() ()#if OS_TIME_DLY_HMSM_EN 0INT8U OSTimeDlyHMSM (INT8U hours，INT8U minutes，INT8U seconds，NT16U milli) reentrant INT32U

16、 ticks； INT16U loops； if (hours 0 | minutes 0 | seconds 0 | milli 0) / 條件檢查，全為0，則返回return (OS_TIME_ZERO_DLY)； if (minutes 59) return (OS_TIME_INVALID_MINUTES)； if (seconds 59) return (OS_TIME_INVALID_SECONDS)； if (milli 999)return (OS_TIME_INVALID_MILLI)； ticks = (INT32U)hours * 3600L * OS_TICKS_PER

17、_SEC + (INT32U)minutes * 60L * OS_TICKS_PER_SEC + (INT32U)seconds * OS_TICKS_PER_SEC+ OS_TICKS_PER_SEC * (INT32U)milli+ 500L/OS_TICKS_PER_SEC) / 1000L；/ 換算為時(shí)鐘節(jié)拍，精度0.5個(gè)節(jié)拍 loops = ticks / 65536L； ticks = ticks % 65536L； OSTimeDly(ticks)； while (loops 0) OSTimeDly(32768)； OSTimeDly(32768)； loops-； retu

18、rn (OS_NO_ERR)； #endif4.4.2.3 4.4.2.3 原理與實(shí)現(xiàn)原理與實(shí)現(xiàn) 嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時(shí)間管理中斷與時(shí)間管理1.要使用該函數(shù)，首先要用OS_CPU.H文件中定義的全局常數(shù)OS_TICKS_PER_SEC將時(shí)間轉(zhuǎn)換為時(shí)鐘節(jié)拍數(shù)，這個(gè)全局常數(shù)表示的是每秒鐘時(shí)鐘節(jié)拍器產(chǎn)生的節(jié)拍數(shù)量，稱為時(shí)鐘節(jié)拍頻率，取值一般設(shè)置在10100Hz之間；2.4個(gè)參數(shù)全為0，表示不進(jìn)行任何操作，直接返回；3.當(dāng)時(shí)鐘周期1ms時(shí)，計(jì)時(shí)最小單位是一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍，精度是0.5個(gè)節(jié)拍。例如：例如：若將時(shí)鐘節(jié)拍頻率（OS_TICKS_PER_SEC）設(shè)置成100Hz（10ms），4ms的延時(shí)不會(huì)產(chǎn)生任何延時(shí)！而5ms的延時(shí)就等于延時(shí)10ms；4.當(dāng)時(shí)鐘周期 0void OSTimeSet (INT32U ticks) reentr