FreeRTOS中断服务程序编写规范与传感器采集实战

在备考全国青少年机器人技术等级考试C语言编程考试中，FreeRTOS作为一个实时操作系统，是许多考生需要掌握的重要内容。特别是中断服务程序（ISR）的编写规范，以及如何结合传感器采集进行任务唤醒和上下文切换优化，更是考试中的重点。本文将详细讲解FreeRTOS中中断服务程序的编写规范，并通过传感器采集中断实例，演示任务唤醒及上下文切换优化。

一、FreeRTOS中断服务程序（ISR）编写规范

在FreeRTOS中，中断服务程序（ISR）是处理硬件中断的核心部分。编写规范的ISR能够确保系统的稳定性和响应速度。以下是一些关键的编写规范：

保持简短：ISR应尽量简短，避免在ISR中执行耗时操作。复杂的操作应在任务中进行处理。
使用专用函数：FreeRTOS提供了一些专用函数来处理中断，如portEXIT_SWITCHING_ISR()。这些函数能够确保中断处理的正确性和效率。
避免阻塞操作：在ISR中避免使用任何可能引起阻塞的操作，如等待信号量或消息队列。

二、portEXIT_SWITCHING_ISR()函数

portEXIT_SWITCHING_ISR()是FreeRTOS中的一个重要函数，用于从中断服务程序中退出并返回到被中断的任务。该函数的正确使用能够确保系统的上下文切换和任务调度的正确性。

函数原型

BaseType_t portEXIT_SWITCHING_ISR( BaseType_t uxSavedMaskValue );

使用方法

保存中断状态：在进入ISR时，保存当前的中断状态。
处理中断：在ISR中处理中断事件。
调用portEXIT_SWITCHING_ISR()：在ISR结束时，调用portEXIT_SWITCHING_ISR()函数，传入保存的中断状态。

三、传感器采集中断实例

为了更好地理解FreeRTOS中断服务程序的编写规范，以下是一个传感器采集中断实例，演示如何使用portEXIT_SWITCHING_ISR()函数进行任务唤醒及上下文切换优化。

实例代码

#include "FreeRTOS.h"
#include "task.h"
#include "queue.h"

// 定义传感器数据队列
QueueHandle_t xSensorDataQueue;

// 传感器ISR
void vSensorISR() {
    BaseType_t uxSavedMaskValue;

    // 保存中断状态
    uxSavedMaskValue = portSET_INTERRUPT_MASK_FROM_ISR();

    // 读取传感器数据
    uint32_t ulSensorData = readSensorData();

    // 将传感器数据发送到队列
    if (xSensorDataQueue != NULL) {
        if (xQueueSendFromISR(xSensorDataQueue, &ulSensorData, &uxSavedMaskValue) != pdPASS) {
            // 处理发送失败的情况
        }
    }

    // 退出ISR并返回到被中断的任务
    portEXIT_SWITCHING_ISR(uxSavedMaskValue);
}

// 传感器数据处理任务
void vSensorDataTask(void *pvParameters) {
    uint32_t ulReceivedData;

    while (1) {
        // 从队列中接收传感器数据
        if (xQueueReceive(xSensorDataQueue, &ulReceivedData, portMAX_DELAY) == pdPASS) {
            // 处理传感器数据
            processSensorData(ulReceivedData);
        }
    }
}

int main(void) {
    // 创建传感器数据队列
    xSensorDataQueue = xQueueCreate(10, sizeof(uint32_t));
    if (xSensorDataQueue == NULL) {
        // 处理队列创建失败的情况
    }

    // 创建传感器数据处理任务
    xTaskCreate(vSensorDataTask, "SensorTask", configMINIMAL_STACK_SIZE, NULL, 1, NULL);

    // 配置并启用传感器中断
    configureAndEnableSensorInterrupt(vSensorISR);

    // 启动调度器
    vTaskStartScheduler();

    // 永远不会到达这里
    for (;;);
}