STC单片机 uC/OS-II核心技术（13）：写(或移植)个 OS系统, 关总中断,不影响OS系统运行

杨***

LAOXU在《这是LAOXU关于临界区保护和函数可重入的测试题，欢迎大家来测试自己学的怎么样》（https://www.stcaimcu.com/forum.p ... =7384&extra=&page=1）
帖子的第69楼出了个高难度的题目，我特开此贴来回答他的问题，大家先交流，我的回答将在2楼给出。
==== 原始题目 ================================
下面是LAOXU题目原文：
我是没本事给 X老师出测试题.
既然大家讨论的这么热烈, 我不出点有些难度的题, 对不起大家了.
这里的大虾都是 OS专家, 我就出个 OS方面的题吧 !
记得 X老师说过: 关了 中断EA, OS就不能工作了.
也有网友说过: 中断是 OS的灵魂, 关闭 EA, OS魂都没了, 还能干啥?
我这道题就是反向思维, 写(或移植)个 OS系统, 离开 EA, 即无论用户何时何地关中断, 都不能影响 OS系统的运行.
欢迎大家参与讨论, 来点真正的干货, 让 STC论坛, 拥有足够的含金量, 别老喝水, 不嫌肚子涨吗?
==== 提高题目 ===================================
LAOXU又在该贴第74楼又补充到
要让你们 OS大虾出马, 当然要有点难度的.
再解释一下, 用户使用任何中断, 开关中断, 都与本 OS 无关,
OS的使用与性能, 与现在的通用级 OS标准, 无什么差别,
仅仅强调的是, 用户开关中断, 对 OS无影响, OS该于啥还是干啥.

==== 再次提高要求题目 =====================================
LAOXU对我的第一次答卷：
《挑战者x51（3）：不使用任何中断的uC/OS-II移植版》（https://www.stcaimcu.com/forum.php?mod=viewthread&tid=4506）

评判为不及格，说是初学者玩具，在本贴第12楼明确提出要有中断, 嘀嗒时钟：

题目的要求是: OS的使用与性能, 与现在的通用级 OS标准, 无什么差别,
答卷里, 连半个中断都没有, 嘀嗒时钟如何实现?  一个没有嘀嗒时钟的 OS, 能叫 OS吗?
和现在通用级 OS标准, 差的远呢~~~
作为初学者的玩具可以.

==== 我的答复 ====================
谢谢LAOXU不但看了考试卷子，还能够仔细看我的代码，然后才做出了公正的评判。
下面是我的补考卷子：
《挑战者x51（4）：零中断延迟的uC/OS-II的STC32G移植版》（https://www.stcaimcu.com/forum.php?mod=viewthread&tid=4600） 2023年10月11日

卷子的简介见2楼

以上是我的补考答卷，请LAOXU给我一个机会，通过补充考试，最好是分数高一点。

杨***

LAOXU出的“有些难度的题”其实是我早就解决的问题，结果见我2023年10月4日的帖子：
《挑战者x51（3）：不使用任何中断的uC/OS-II移植版》（https://www.stcaimcu.com/forum.php?mod=viewthread&tid=4506） 2023年10月4日
帖子的简介如下：

一、梦想照亮现实

（1）有个人说：“我有一个梦”，然后那个梦就实现了。有个网友有个理想：

对于单片机应用中断是最重要的实时响应技术手段。我理解他理想的RTOS系统是：

如果一个硬件中断的条件成立，就应该让该中断立刻发生，实现实时响应。

具体地说，对于STC32G单片机，理想的RTOS系统在任何时候都不应该关闭总中断（EA=0），哪怕关闭的极短的时间也不行，因为这个极短的关闭总中断的时间就成了限制RTOS系统的实时响应时间的上限。

（2）根据前文介绍的中断外任务切换方法，笔者认为V1.20版本的“挑战者x51 uC/OS-II移植版”已经实现了这个理想。

二、不使用任何中断的uC/OS-II移植版

（3）在前文范例的基础上，笔者删去了挑战者x51 V1.10版本中的与中断有关的程序，形成了V1.20版本，形成了本文的范例。

==== 补考卷子 ====================
谢谢LAOXU不但看了考试卷子，还能够仔细看我的代码，然后才做出了公正的评判。
下面是我的补考卷子：
《挑战者x51（4）：零中断延迟的uC/OS-II的STC32G移植版》（https://www.stcaimcu.com/forum.php?mod=viewthread&tid=4600） 2023年10月11日

一、引  言

（1）通常包括uC/OS-II在内的单片机上的RTOS都使用关闭总中断作为对临界资源和临界过程的保护方法，但是这种方法会影响RTOS系统的实时性。

在单片机RTOS中任务控制块（TCB）是最重要的临界资源，控制各个任务的状态。在单片机RTOS中进行任务调度是最重要的临界过程，它根据系统和用户的要求对RTOS的临界资源进行读写操作。

处于对操作系统可靠性的要求，要求对这些临界资源的操作必须是独占地连续地进行，因此关闭总中断是一种最简单的方法，可以确保临界区内的程序连续地被执行。

在临界区中关闭总中断执行程序的时候，任何中断都会被阻塞不能发生，这个中断延迟时间就成了RTOS系统的实时响应时间上限。

因此对于一个RTOS系统，这个中断延迟时间越小越好，最好为零。

（2）STC32G/F是STC最新的32位单片机系列，片上的大量高速设备可以在很多领域得到应用。片上众多的高速设备都需要中断的支持，中断源的数量已经超过60个。基于80251的中断机制，除个别中断外，总中断（EA）一个标志位，控制着这些所有这些中断的使能，如果在临界区中关闭总中断，则所有硬件中断都会被阻塞不能发生，如果这时发生同步/异步通讯中断请求，则可能产生通讯错误。

因此对于STC32G单片机RTOS系统，关闭总中断的时间越小越好，最好任何时候都不关闭总中断。

（3）挑战者x51-UCOS2 V3.10是uC/OS-II在STC32G单片机上移植版。其设计目标是：

在RTOS的所有内核中都不涉及对总中断标志“EA”的操作，在整个单片机运行过程中，挑战者x51系统都不会关闭总中断，实现零中断延迟，适用于对系统实时性及中断响应速度有很高要求的场。

（4）为了展示移植版的特色，判断移植版是否达到移植目标，移植版必须配有一些可以在实际单片机上运行的范例程序。

为了展示挑战者x51移植版是否达到所有内核函数全局不关总中断（零中断延迟）的目标，本文提供了三个范例，这三个范例都使用了定时器0的模式3不可屏蔽中断来作为挑战者x51实时操作系统的节拍器。

第一个范例显示了任何时候不关闭系统中断的效果，第二个范例显示了关闭总中断并不影响定时器0的不可屏蔽中断和RTOS的任务调度，第三个范例显示了在移植版中使用加锁/解锁的临界区保护方法不影响任何中断的发生。

杨***

此楼文字来自《这是LAOXU关于临界区保护和函数可重入的测试题，欢迎大家来测试自己学的怎么样》（https://www.stcaimcu.com/forum.p ... p;extra=&page=8）
的帖子第71楼的网友“tzz1983”的答复

问：关了中断EA, OS就不能工作了.
答：目前本坛三个常见的RTOS  "FreeRTOS, uCOS, CosyOS" 都依赖中断切换任务。 其中FreeRTOS or STC32G12K128 官方简洁可靠版V1.0.2 ，是基于时钟滴答切换任务。

问：中断是 OS的灵魂, 关闭 EA, OS魂都没了, 还能干啥?
答：中断不仅是OS的灵魂，不使用OS时也同样如此。
中断是一切设计多样性的源泉，同时也是MCU硬件组成部分的重要构件。
现有的OS高度依赖中断，关闭EA会使OS瘫痪。
没有中断时祼机能干的事很多，但枯燥，性能大打折扣。

问：我这道题就是反向思维, 写(或移植)个 OS系统, 离开 EA, 即无论用户何时何地关中断, 都不能影响 OS系统的运行.”
答：比较简单，OS核心就是切换任务，用函数功能代码替代中断可切换任务（主动切换），即可达到OS彻底离开中断的目的。
但是这个没有意义，如问2所说，没有灵魂，没有性能。
打个简单的比方吧，你问STC能不能做出没有中断功能的MCU型号，STC回答你->能！ 但会去做吗？

杨***

此楼文字来自《这是LAOXU关于临界区保护和函数可重入的测试题，欢迎大家来测试自己学的怎么样》（https://www.stcaimcu.com/forum.p ... =7384&extra=&page=8）
的帖子第73楼的网友“fanxsp”的答复


确实如此，我个人理解，不用太纠结于是否关中断这样的问题，该关还得关。其实是否关中断不是本质，问题的本质是系统对异步信号响应的延时时间的长短问题。就算你不关中断，重入的问题还是存在，你也要有相应的措施来处理，这些措施也一样会造成响应的延时，相对而言，关中断可能还会更简单一些。

tzz***

拱火一把：

如标题，此题太难，我自愿放弃答题机会！

接下来谈坛内最有可能获此殊荣的就是属资深教授 杨老师 了，加油！

CosyOS大侠，内功也是深不可测，大有可为，很有可能率先斩敌于马下。

还有黑马出现吗，大家拭目以待。

杨***

tzz1983 发表于 2024-3-24 16:50
拱火一把：

如标题，此题太难，我自愿放弃答题机会！

谢谢！不过最大的可能是考生的答卷交了，出题的考官溜了。


这是一个有意义的题目，虽然实用的场合很少（考官从未见过），但是这种理论上的探讨有助于我们深入地掌握STC单片机上的RTOS。
所以考官来不来不重要，我及不及格不重要，重要的是对“系统中断和用户中断在RTOS中的地位、作用和使用方法”这一主题大家一起来交流，一起来提高。
欢迎大家提问和探讨。


我也出个小题目大家来交流：对于STC的STC8H和STC32G/F两个系列的单片机，关闭了总中断后，如何让RTOS的系统节拍中断仍然运行？

LA***

拜读了大作 <挑战者x51（3）：不使用任何中断的uC/OS-II移植版>

题目的要求是: OS的使用与性能, 与现在的通用级 OS标准, 无什么差别,

小声地请教一下, 嘀嗒时钟呢? 任务中我需要用到软件计时.

alan***

不是有个不可屏蔽中断吗

杨***

LAOXU 发表于 2024-3-24 17:35
拜读了大作

题目的要求是: OS的使用与性能, 与现在的通用级 OS标准, 无什么差别,

“小声地请教一下, 嘀嗒时钟呢? 任务中我需要用到软件计时.”
谢谢考官的质询，不用小声，大声问，大家一起讨论。其实你问的我想很多网友都想知道。

这个问题也是我6楼的问题，我就先回答了：
（1）对于STC的STC8H和STC32G/F两个系列的单片机，定时器0都有一个不可屏蔽中断的模式3，关闭了总中断后，定时器0的中断是不可屏蔽的。所以只需要将定时器0中断作为系统节拍中断，让定时器0工作在模式3上，这时候不管是否关闭总中断，RTOS的系统节拍中断都能正常运行，而整个RTOS也就正常运行了。


（2）对于ARM和RISC-V单片机，我使用的和了解的常见型号，它们都有不可屏蔽中断的定时器，在它们上面也完全可以实现你考题要求的RTOS.
（3）逆向证明：在Unix、Windows和Linux操作系统中也有临界区保护的问题呀？谁听说过它们是用“关闭总中断”来作为“临界区保护方法”的？
所以你脑筋再多转一个弯，就不会出这道“送分题”给我了。

感谢关照，希望以后多出点送分题，让我回回考高分，次次得100

杨***

alanding 发表于 2024-3-24 17:41
不是有个不可屏蔽中断吗

是的，可惜LAOXU不知道，他也是白问了