STM32单片机中断与FreeRTOS集成实战：实现多任务环境下的中断处理，提升系统效率

# 1. STM32中断基础

STM32中断机制是其外设系统的重要组成部分，用于响应外部事件或内部状态变化。中断可以提高系统的响应速度和效率，避免CPU一直处于轮询状态，从而降低功耗。

STM32中断分为外部中断和内部中断两大类。外部中断由外部引脚上的电平变化触发，而内部中断由片上外设的事件或状态变化触发。中断处理过程包括中断向量表查找、中断服务函数执行和中断返回。

中断优先级决定了中断响应的先后顺序。STM32中断优先级分为256级，其中0级优先级最高。中断优先级可以通过NVIC（嵌套向量中断控制器）进行配置，以确保关键中断及时得到响应。

# 2. FreeRTOS简介与中断集成

### 2.1 FreeRTOS概述与特性

FreeRTOS（Free Real-Time Operating System）是一个开源且免费的实时操作系统，专为嵌入式系统而设计。它具有以下特点：

- **轻量级：** 内核仅有几千字节，非常适合资源受限的嵌入式系统。
- **实时性：** 具有确定性的响应时间，可满足实时应用的需求。
- **可移植性：** 支持多种微控制器和编译器，便于在不同平台上移植。
- **模块化：** 提供丰富的模块，包括任务管理、中断处理、内存管理等，可根据需要灵活配置。

### 2.2 中断与FreeRTOS任务的集成

在嵌入式系统中，中断是一种硬件机制，用于在发生特定事件时通知处理器。FreeRTOS提供了一个机制，将中断与任务集成，从而实现更灵活和高效的系统管理。

#### 中断服务函数

当发生中断时，处理器会跳转到一个称为中断服务函数（ISR）的代码段。ISR负责处理中断事件，通常包括读取中断寄存器、清除中断标志和执行必要的操作。

#### 任务挂起和恢复

FreeRTOS允许任务在中断处理过程中挂起和恢复。这对于处理长时间的中断事件非常有用，可以防止任务被中断长时间阻塞。

// 中断服务函数
void ISR_Handler(void) {
  // 读取中断寄存器
  uint32_t int_status = NVIC->ISER[0];
  // 清除中断标志
  NVIC->ICER[0] = int_status;
  // 挂起当前任务
  vTaskSuspend(NULL);
  // 执行中断处理操作
  // ...
  // 恢复当前任务
  vTaskResume(NULL);
}

#### 中断优先级配置

FreeRTOS支持中断优先级配置，允许为不同的中断分配不同的优先级。高优先级中断可以抢占低优先级中断，从而确保关键事件得到及时处理。

// 设置中断优先级
NVIC_SetPriority(IRQn_Type IRQn, uint32_t priority);

#### 中断嵌套处理

FreeRTOS支持中断嵌套处理，允许在处理一个中断时发生另一个中断。这对于处理复杂的中断场景非常有用，可以避免中断丢失或死锁。

graph LR
    subgraph 中断处理流程
        A[中断发生] --> B[读取中断寄存器] --> C[清除中断标志]
        C --> D[挂起当前任务]
        D --> E[执行中断处理操作]
        E --> F[恢复当前任务]
    end

# 3. 中断处理实践

### 3.1 中断服务函数编写

**中断服务函数（ISR）**是当中断发生时执行的代码段。ISR必须快速高效地执行，以避免干扰系统正常运行。

编写ISR时，应遵循以下原则：

- **简短且高效：**ISR应尽可能简短，仅执行必要的操作。
- **避免阻塞操作：**ISR不应执行可能阻塞系统或导致死锁的操作，如等待信号量或调用malloc()。
- **避免修改全局变量：**ISR不应修改全局变量，除非绝对必