4、移植核心步骤（一）：中断与异常处理移植——PendSV、SysTick、SVC中断服务函数实现，中断优先级配置。

好，咱们开始动手了。

前面几章我们把理论基础铺了一遍，从ARM Cortex-M的架构到FreeRTOS的任务切换原理。说实话，那些东西看着有点枯燥，但它们是地基。现在，我们要真正开始写代码了。

这一章，我带你搞定三个最关键的中断服务函数：SVC、PendSV和SysTick。再加上中断优先级的配置。嗯，这三兄弟搞定了，你的RTOS就算活了一半。

4.1 为什么是这三个中断？

你想想看，一个RTOS要运行，核心就两件事：启动第一个任务和切换任务。

SVC（系统服务调用）用来启动第一个任务。PendSV（可挂起的系统异常）用来做任务切换。SysTick（系统滴答定时器）用来提供时间片。

说白了，SVC是“点火”，PendSV是“换挡”，SysTick是“节拍器”。

我在项目中遇到过一个问题：有同事把这三个中断的优先级配反了，结果系统一跑就死。嗯，优先级配置这事，咱们后面细说。

4.2 SVC中断服务函数——启动第一个任务

SVC中断，全称是Supervisor Call。它是个软件触发的中断。你执行一条SVC #0指令，CPU就会立刻进入SVC异常处理。

FreeRTOS用它来做什么？启动第一个任务。

系统初始化完成后，CPU还在特权模式下跑初始化代码。这时候，我们调用SVC指令，在SVC中断服务函数里，把第一个任务的寄存器值加载到CPU中，然后跳转到任务去执行。

代码长这样：

__asm void vPortSVCHandler( void )
{
    /* 加载任务栈指针到R3 */
    ldr r3, =pxCurrentTCB
    ldr r1, [r3]
    ldr r0, [r1]

    /* 从任务栈中恢复寄存器 */
    ldmia r0!, {r4-r11}
    msr psp, r0
    isb

    /* 设置返回值为任务模式，使用PSP */
    mov r0, #0
    msr basepri, r0

    /* 返回，触发异常返回 */
    orr r14, r14, #0x0D
    bx r14
}

这段代码我解释一下：

• pxCurrentTCB是当前任务控制块的指针，里面存着任务栈顶地址。
• 我们从栈里恢复r4-r11这些通用寄存器。
• 然后设置PSP（进程栈指针），告诉CPU以后用进程栈。
• 最后修改R14（链接寄存器）的位[2:0]为0xD，表示返回后使用PSP、进入线程模式、使用非特权级。

4.3 PendSV中断服务函数——任务切换的核心

PendSV是RTOS的心脏。每次任务切换，都是通过触发PendSV异常来完成的。

为什么不用SVC？因为SVC是同步的，你调用它时，CPU必须立即响应。而PendSV是可挂起的，你可以“攒”多个切换请求，等当前中断处理完了再统一处理。这样能避免中断嵌套带来的优先级反转问题。

PendSV的代码：

__asm void xPortPendSVHandler( void )
{
    /* 保存当前任务的上下文 */
    mrs r0, psp
    isb

    ldr r3, =pxCurrentTCB
    ldr r2, [r3]

    stmdb r0!, {r4-r11}
    str r0, [r2]

    /* 选择下一个要运行的任务 */
    stmdb sp!, {r3, r14}
    mov r0, #configMAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY
    msr basepri, r0
    dsb
    isb
    bl vTaskSwitchContext
    mov r0, #0
    msr basepri, r0
    ldmia sp!, {r3, r14}

    /* 加载新任务的上下文 */
    ldr r1, [r3]
    ldr r0, [r1]
    ldmia r0!, {r4-r11}
    msr psp, r0
    isb
    bx r14
}

这段代码做了三件事：

1. 保存现场：把当前任务的r4-r11压入栈中，更新TCB中的栈指针。
2. 选择新任务：调用vTaskSwitchContext，让调度器决定下一个跑谁。
3. 恢复现场：从新任务的栈里弹出r4-r11，设置PSP，然后返回。

4.4 SysTick中断服务函数——时间片的节拍器

SysTick是个简单的定时器。它每隔固定的时间（比如1ms）触发一次中断。在中断里，我们做两件事：

• 调用xTaskIncrementTick()，更新系统滴答计数。
• 如果当前任务的时间片用完了，就触发PendSV，让调度器切换任务。

代码很简单：

void xPortSysTickHandler( void )
{
    /* 设置PendSV的挂起位，但不立即执行 */
    portNVIC_INT_CTRL_REG = portNVIC_PENDSVSET_BIT;

    /* 更新系统滴答 */
    if( xTaskIncrementTick() != pdFALSE )
    {
        /* 如果有更高优先级的任务就绪，触发PendSV */
        portNVIC_INT_CTRL_REG = portNVIC_PENDSVSET_BIT;
    }
}

你可能会问：为什么这里要设置两次PendSV挂起位？

嗯，第一次设置是为了确保在SysTick退出后，PendSV一定会被执行。第二次设置是因为xTaskIncrementTick()可能返回pdTRUE，表示有更高优先级的任务需要切换。两次设置不会造成重复执行，因为PendSV的挂起位是“写1置位，写0无效”的。

4.5 中断优先级配置——别让优先级害了你

中断优先级配置，是RTOS移植中最容易出坑的地方。我见过太多人在这里翻车。

ARM Cortex-M的中断优先级寄存器是8位的，但具体用几位，由芯片厂商决定。比如STM32只用了高4位，低4位固定为0。所以你在配置优先级时，要左移4位。

FreeRTOS要求：

• SVC：优先级最高（数值最小），因为它是启动任务的，不能被其他中断打断。
• PendSV：优先级最低（数值最大），因为它要在所有中断处理完后才执行。
• SysTick：优先级可以设成最低，或者比PendSV高一点点。

典型的配置代码：

/* 设置SVC优先级为最高 */
NVIC_SetPriority( SVCall_IRQn, configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY );

/* 设置PendSV优先级为最低 */
NVIC_SetPriority( PendSV_IRQn, configLIBRARY_KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY );

/* 设置SysTick优先级为最低 */
NVIC_SetPriority( SysTick_IRQn, configLIBRARY_KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY );

其中configLIBRARY_MAX_SYSCALL_INTERRUPT_PRIORITY和configLIBRARY_KERNEL_INTERRUPT_PRIORITY在FreeRTOSConfig.h中定义。

4.6 中断优先级分组——别忽略这个细节

Cortex-M支持中断优先级分组。你可以把优先级分成“抢占优先级”和“子优先级”。FreeRTOS要求使用4位抢占优先级、0位子优先级的分组方式。

配置代码：

/* 设置优先级分组为4位抢占优先级，0位子优先级 */
NVIC_PriorityGroupConfig( NVIC_PriorityGroup_4 );

为什么必须这样？因为FreeRTOS内部用basepri寄存器来屏蔽中断，而basepri只比较抢占优先级，不比较子优先级。如果你用了子优先级，basepri就管不住了。

4.7 总结与检查清单

好，这一章的内容就这些。我们来梳理一下，你移植完成后应该检查什么：

检查项	要求	常见错误
SVC中断函数	能正确加载第一个任务的上下文	忘了设置PSP，或忘了加isb
PendSV中断函数	能保存/恢复任务上下文，调用vTaskSwitchContext	没设basepri，导致切换过程中断
SysTick中断函数	更新滴答计数，触发PendSV	忘了设置PendSV挂起位
中断优先级	SVC最高，PendSV最低，SysTick最低	PendSV优先级设得太高
优先级分组	4位抢占优先级，0位子优先级	用了子优先级导致basepri失效

下一章，我们会继续深入，讲任务栈的初始化、任务控制块的创建，以及如何让第一个任务真正跑起来。嗯，到时候你会看到，前面这些中断函数是怎么被串联起来的。

公众号:蓝海资料掘金营，微信deep3321