清风徐来——Zephyr实战篇(6)之中断

NXP管管 · 发表于 2022-3-10 10:04:41

清风徐来——Zephyr实战篇(6)之中断

这次小编为大家介绍ZephyrOS里的中断。抱歉小编被中断了一段时间 :-)

"清风徐来"前期回顾：
新型物联网操作系统Zephyr介绍
Zephyr实战篇(1)之环境搭建
Zephyr实战篇(2)之西(工具)
Zephyr实战篇(3)之DeviceTree
Zephyr实战篇(4)之Kconfig
Zephyr实战篇(5)之Shell

——————Zephyr中断系统一览——————

首先我们来看下Zephyr中的中断系统有什么特别之处：
1. 内核为所有未使用的中断提供了默认的中断服务程序，如果一个未定义中断被触发会产生一个系统错误
2. 支持中断的嵌套
3. 中断服务程序执行在内核中断上下文
A.拥有自己的栈空间
B.要注意，栈的容量要足够大，以支持中断的嵌套
4. 软中断服务程序
A.常规中断一般都通过一个叫做软中断的服务程序进行管理
B.通过查找软中断向量表，能够获取实际要执行的中断服务程序（下文统称ISR）入口以及参数
C.从ISR返回时，决定是否进行线程的切换
5. 多数内核API只能在线程中使用，不能在ISR中使用，那些可以在ISR中使用的内核API往往都有一个isr_ok的属性。

——————Zephyr的ISR——————

再来看下，Zephyr中的ISR类型，Zephyr中的中断服务类型大致分为3类：

1. 常规ISR：
由软中断服务程序所调用，不能直接运行
简单，使用方便

2. 直接ISR：
A.不使用软中断服务程序，直接注册进硬件中断向量表中
B.低延时，但是有很多限制，比如不能传入参数

3. 零延时ISR：顾名思义就是延时最低的
A.拥有最高的中断优先级，不受中断锁影响
B.既可以是常规ISR也可以是直接ISR

——————Zephyr的中断向量表——————

说完中断类型，介绍一下Zephyr中的中断向量表的概念，除了硬件中断向量表，Zephyr中还有一个较为新的概念，我们在上文中也有所提及，叫做软件中断向量表，那么他们都各自负责什么呢？我们来一一介绍。
1. 硬件中断向量表：前16个位置固定给了内核服务，其他位置，如果没有被注册的话，填入的是通用的中断服务程序_isr_wrapper()
2. 软件中断向量表：内部存储的是所注册的中断服务程序，以及想要传入的参数，所有所有未添加中断服务程序的地方，都会被写入z_irq_spurious()

3. 通用中断服务程序_isr_wrapper()作用：
中断函数第一入口，他是软件中断向量表的使用者
负责取出真正的中断服务程序入口以及参数
4. 直接中断：直接被装配到硬件中断向量表，当中断到来时，直接被执行

下图是完整的中断服务注册逻辑：

如何定义一个中断
了解了中断实现以及执行逻辑，我们来看看如何实际定义一个中断，首先是常规中断，只需要两个步骤：

1. 使用宏IRQ_CONNECT进行中断定义，需要注意的是，所有参数的数值必须是编译期确定的，其原型是IRQ_CONNECT(irq_p, priority_p, isr_p, isr_param_p, flags_p)，各参数说明如下：
irq_p: 中断号
priority_p: 中断优先级
isr_p: 中断服务函数
fags_p: 中断标志

2. 使用irq_enable()使能中断
当然，上述方式是在编译期进行中断的注册，Zephyr也同时支持运行期间通过调用函数irq_connect_dynamic()注册，但是需要配置CONFIG_DYNAMIC_INTERRUPTS
下面是一段参考事例：

#define MY_DEV_IRQ 24 /* device uses IRQ 24 */
#define MY_DEV_PRIO 2 /* device uses interrupt priority 2 */
/* argument passed to my_isr(), in this case a pointer to the device */
#define MY_ISR_ARG DEVICE_GET(my_device)
#define MY_IRQ_FLAGS 0 /* IRQ flags */
void my_isr(void *arg)
{
... /* ISR code */
}
void my_isr_installer(void)
{
...
IRQ_CONNECT(MY_DEV_IRQ, MY_DEV_PRIO, my_isr, MY_ISR_ARG, MY_IRQ_FLAGS);
irq_enable(MY_DEV_IRQ);
...
}

复制代码

接下来是直接中断，实现方式略有不同，需要用户调用IRQ_DIRECT_CONNECT:

#define MY_DEV_IRQ 24 /* device uses IRQ 24 */
#define MY_DEV_PRIO 2 /* device uses interrupt priority 2 */
/* argument passed to my_isr(), in this case a pointer to the device */
#define MY_IRQ_FLAGS 0 /* IRQ flags */
ISR_DIRECT_DECLARE(my_isr)
{
do_stuff();
ISR_DIRECT_PM(); /* PM done after servicing interrupt for best latency */
return 1; /* We should check if scheduling decision should be made */
}
void my_isr_installer(void)
{
...
IRQ_DIRECT_CONNECT(MY_DEV_IRQ, MY_DEV_PRIO, my_isr, MY_IRQ_FLAGS);
irq_enable(MY_DEV_IRQ);
...
}

复制代码

——————Zephyr的零延时中断——————

最后聊聊零延时中断，上文说过，零延时中断的类型可以是直接中断也可以是常规中断，换句话说，他的实现方式与上述两种大致相同，唯一不同的是，中断标志位需要传入IRQ_ZERO_LATENCY以指示这是一个零延时中断。

那么为什么要设计零延时中断呢？

最主要的原因是，在程序设计时，我们往往会在程序中加入irq lock，保证代码运行不会被中断打断，但是这样一来，就可能提高系统的延时，对于一些时间敏感的应用案例，高延时往往是不可接受的。

那么此时，零延时中断的作用就体现了，他自身运行在一个不会被lock的优先级，当然需要通过CONFIG_ZERO_LATENCY_IRQS使能。这样一来，一旦中断被触发，其对应的中断处理函数能够马上被执行，大大降低中断延时。

——————结语——————

本期文章，小编主要给大家分享了Zephyr中的中断系统的一些基础概念，最特殊的地方在于，Zephyr引入了一个软件中断向量表的概念，使得我们的中断服务程序可以接收参数，但是弊端就在于会引入一点中断延时，这样在实际使用中，我们就要权衡利弊，各取所好了。

好了，话说到这儿，小编就又要和大家说再见了，我们下期再见。

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