临界区与调度：优化 FreeRTOS 内核代码设计

在本文档中，我们将深入探讨"临界区与挂起调度器-重构-改善既有代码的设计"这一主题，特别是在FreeRTOS（一种专门为微控制器设计的免费实时操作系统）的背景下。临界区，也称为Critical Regions，是程序中用于保护关键数据或操作免受并发访问的关键段。在FreeRTOS中，通过宏taskENTER_CRITICAL()和taskEXIT_CRITICAL()来定义临界区，这两个宏确保在此区间内的代码不会被中断，即使中断发生，也只有优先级高于configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY的中断可以执行，且这些中断不能访问FreeRTOS API函数。 程序清单60中的例子展示了如何在对PORTA寄存器进行操作时使用临界区，确保对共享资源的原子性访问，防止数据竞争。当需要保护的标准输出，如vPrintString()函数，被多个任务调用时，临界区的作用尤其重要，它保证了在输出字符串时的线程安全性。 FreeRTOS的设计初衷是为微控制器提供一个轻量级、高效的实时内核，其核心优势包括对嵌入式系统的适用性和免费性。文章翻译者ZouChangjun提到，他翻译这篇文章是因为FreeRTOS在国内的推广工作，以及文档本身的简短性和实用性，而非FreeRTOS本身的技术卓越性。 在FreeRTOS的章节1.1概览中，提到了系统中任务管理的基本概念，这包括对任务创建、调度、同步和通信的处理，这些都是构建嵌入式系统多任务环境的基础。然而，本文重点并不在于任务管理的全面介绍，而是集中在如何通过临界区机制优化代码设计，提升系统性能和稳定性。 本文讨论了如何在FreeRTOS环境下合理使用临界区，以避免并发编程中的问题，并提供了一种重构既有代码的方法，使其更适应实时操作系统的要求。对于那些正在使用或考虑使用FreeRTOS的开发者来说，理解和掌握临界区的使用至关重要，因为它直接影响到系统的可靠性和性能。