嵌入式前后台模式实时性优化

软件系统的实时响应能力越强，响应时间越短。响应时间是指系统识别到一个事件开始到做出响应的时间。举一个简单的例子：一个工控系统有一个急停按键开关，用户希望按下急停开关的时候系统立即将停止所有的动作，假设用户在第1.001秒时按下了急停开关，软件系统在第1.011秒时停止了所有动作，此时响应时间为0.01秒。

很多小型的嵌入式软件系统通常设计成前后台结构，这个结构包含一个死循环和若干中断服务程序：应用程序是一个无限循环的代码块，循环中调用相应的函数完成相应的操作（后 台），中断程序用于处理系统的异步事件（前台）。前台称做中断级，后台称做任务级。下面是一个典型的前后台结构的代码：

为了保证事件得到及时处理，有些关键代码只能放在中断里执行，这导致中断程序的运行时间变长（这显然是不可取的，中断函数要短平快）。中断程序即使立刻生成了特定的数据，后台程序也必须运行到对应的处理代码时才能进行处理，这称为响应延迟。最长的任务级响应延迟取决于后台循环的运行时间，因此特定模块的运行时间间隔是随机的不确定的，前后台系统如图所示：

根据上图我们假设，在中断点1处系统收到了处理函数1的外部响应信号，中断程序中设置了处理函数的标志位（标志位设置好处理函数1会执行相应的操作），但是此时软件系统不得不等处理函数3和处理函数4执行完毕后才能执行相应的操作，因此就产生了响应延迟，响应延迟的时间随机的不确定的，有的时候是几毫秒的时间，有的时候是几百毫秒甚至更长（如执行FLASH写操作，LCD刷新图片操作）。

如何提高软件系统的实时响应能力？

我这里以cortex-M4核的MCU为例进行讲解。cortex-M4核有一个PendSV(可挂起的系统调用)异常，其异常编号为14并且具有可编程的优先级。当软件将PendSV设置成挂起时，程序将进入PendSV异常（可以理解为一个中断函数），PendSV异常时序框图如下：

我们可以使用PendSV异常来执行对实时性要求较高的处理函数（这不是违背了中断函数要短平快的原则），我们可以将PendSV异常优先级设置为最低，这样其他的中断函数都可以正常中断，不会受到PendSV异常，因此即使在PendSV异常中执行较长的函数也不会影响系统的其他中断任务（相当于将关键性代码优先于任务级函数执行），时序框图如下：

根据上图我们假设，在处理函数1执行过程中产生了一个外部中断，此时需要执行处理函数4相关的操作，我们在外部中断处理中触发PendSV异常，处理函数4中相关的操作在PendSV异常中执行（不需要等待处理函数1，处理函数2和处理函数3执行完毕），同时系统也照常响应其他的中断函数。因此响应延迟得到明显改善。

接下来我们看一下代码如何实现，后台函数如下：

中断函数我们这里使用时钟中断函数做模拟演示，实际上我们可以使用各种中断：外部IO中断，UASRT中断，ADC中断，DMA中断等。中断代码如下：

中断代码根据实际情况设置调用号，这样PendSV异常可以根据调用号为所有的处理函数提供服务，如我们可以外部IO中断处理中将调用号设置成0，UASRT中断处理中将调用号设置成1，ADC中断处理中将调用号设置成2，DMA中断处理中将调用号设置成3，在设置号调用号后挂起PendSV，然后系统将进入PendSV异常，PendSV异常根据调用号（一个全局变量）执行相应的操作。

PendSV异常代码如下：

PendSV异常可以根据调用号调用相应的回调函数。需要执行的高实时性的函数我们全部放在一个跳转表中，跳转表（跳转表就是一个函数指针数组）的实现如下

通过这样的设计我们提高了软件系统的实时响应能力。

创作不易希望朋友们点赞，转发。希望获取源码的朋友们在评论区里留言。
作者：李巍
Github：liyinuoman2017

标签：实时性,调用,函数,中断,嵌入式,响应,PendSV,优化,处理函数
来源： https://blog.csdn.net/li_man_man_man/article/details/121534175