STM32F103芯片中断优先级以及FreeRTOS优先级设置

亦凉 2023-01-07 14:29 157阅读 0赞

## STM32F103芯片中断优先级设置 ##

CM3中，优先级数值越小，优先级越高。

STM32F103只用了**4个位**来表达优先级，因此最多支持16级的可编程优先级（0~15），15为最低优先级。  
![优先级][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poemh0MTk4NjEwMTE_size_16_color_FFFFFF_t_70]

然而这16级可编程优先级并不一定都是抢占优先级，它会被**优先级组**分成两类：抢占优先级和亚优先级。

NVIC中有一个寄存器是“应用程序中断及复位控制寄存器”（内容见表7.5），它里面有一个位段名为“优先级组”。该位段的值对每一个优先级可配置的异常都有影响——把其优先级分为个位段：MSB所在的位段（左边的）对应抢占优先级，而LSB所在的位段（右边的）对应亚优先级，如表1所示。

表1：抢占优先级和亚优先级的表达，位数与分组位置的关系  
![抢占优先级和亚优先级][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3poemh0MTk4NjEwMTE_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
STM32F103只使用4个位（即bit\[7:4\]）来表达优先级，因此它的优先级组有5个，分组位置分别是3、4、5、6、7。他们对应了可以使用的抢占优先级数目和亚优先级数目。“优先级组”位段上电默认值为0，这意味着对于STM32F103而言，上电时，16级优先级全部是可抢占优先级。

在设置抢占优先级和亚优先级的有效位数时，必须先了解以下项目：

*  芯片实际使用了多少位来表达优先级
 *  优先级组是如何划分的。

对于STM32F103芯片，实际使用4位来表达优先级，而优先级组有5种选择。

使用库函数`void NVIC_PriorityGroupConfig(uint32_t NVIC_PriorityGroup)`设置优先级组，参数必须是以下5个宏定义中一个：

#define NVIC_PriorityGroup_0         ((uint32_t)0x700) /*!< 0 bits 抢占优先级，4 bits 亚优先级 */
    #define NVIC_PriorityGroup_1         ((uint32_t)0x600) /*!< 1 bits 抢占优先级，3 bits 亚优先级 */
    #define NVIC_PriorityGroup_2         ((uint32_t)0x500) /*!< 2 bits 抢占优先级，2 bits 亚优先级 */
    #define NVIC_PriorityGroup_3         ((uint32_t)0x400) /*!< 3 bits 抢占优先级，1 bits 亚优先级 */
    #define NVIC_PriorityGroup_4         ((uint32_t)0x300) /*!< 4 bits 抢占优先级，0 bits 亚优先级 */

在设定好优先级组的前提下，就可以使用库函数`void NVIC_Init(NVIC_InitTypeDef* NVIC_InitStruct)`设置中断的优先级。

中断优先级由抢占优先级和亚优先级共同组成`NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannelPreemptionPriority`表示抢占优先级、`NVIC_InitStruct->NVIC_IRQChannelSubPriority`表示亚优先级。

优先级组、抢占优先级值和亚优先级值的关系如表2所示：

表2：优先级组、抢占优先级值和亚优先级值的关系

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>NVIC_PriorityGroup</th> 
   <th>抢占优先级可用值</th> 
   <th>亚优先级可用值</th> 
   <th>Description</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>NVIC_PriorityGroup_0</td> 
   <td>0</td> 
   <td>0-15</td> 
   <td>全部为亚优先级</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>NVIC_PriorityGroup_1</td> 
   <td>0-1</td> 
   <td>0-7</td> 
   <td>2级抢占优先级</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>NVIC_PriorityGroup_2</td> 
   <td>0-3</td> 
   <td>0-3</td> 
   <td>4级抢占优先级</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>NVIC_PriorityGroup_3</td> 
   <td>0-7</td> 
   <td>0-1</td> 
   <td>8级抢占优先级</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>NVIC_PriorityGroup_4</td> 
   <td>0-15</td> 
   <td>0</td> 
   <td>全部为可抢占优先级</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

代码：

NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_4); 
    
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM5_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 13;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority        = 0;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);

表示设置优先级组4，表示16级优先级全部为可抢占优先级；那么在设置TIM5中断优先级时，`NVIC_IRQChannelSubPriority`只能设置为0（没有亚优先级），`NVIC_IRQChannelPreemptionPriority`设置为13表示使用优先级为13的可抢占优先级。

## FreeRTOS优先级设置 ##

根据[FreeRTOSConfig.h][]页面中对宏`configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY and configMAX_API_CALL_INTERRUPT_PRIORITY`描述，STM32F103（CORTEX-M架构）即需要配置宏`configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY`，也需要配置宏`configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY`。

1.  `configKERNEL_INTERRUPT_PRIORITY`：设置RTOS**内核本身**使用的中断优先级，因为RTOS内核中断不允许抢占用户使用的中断，因此这个宏一般定义为硬件最低优先级。对于STM32F103而言，定义为15。
2.  `configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY`：用来设置可以在中断服务程序中调用中断安全的FreeRTOS API函数的最高中断优先级。优先级高于这个值的中断，不受FreeRTOS管控，FreeRTOS无权禁止这些中断，因此也不能在这些中断中调用任何FreeRTOS API函数，否则系统会有崩溃的风险（这这些中断中，进入临界区函数因优先级原因失效了）
    
    因此，如果将此宏设置为优先级5，那么在中断中调用了FreeRTOS API的中断，其优先级**小于**5，比如4，则系统会有崩溃的风险；如果使能了configASSERT宏，也会触发断言失败。

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[FreeRTOSConfig.h]: https://www.freertos.org/a00110.html