临界段的保护

什么是临界段

临界段，用一句话概括就是一段在执行时不能被中断的代码段。在RT-Thread中，临界段最常出现的场景就是对全局变量的操作，全局变量就好像是一个靶子，谁都可以对其开枪，但是有一人开枪，其他人就不能开枪，否则就不知道是谁命中了靶子。

那么什么情况下临界段会被打断？一个是系统调度，还有一个就是外部中断。在RT-Thread中，系统调度最终也是产生PendSV中断，在PendSV Handler中实现线程的切换，所以还是可以归结为中断。既然这样，RT-Thread对临界段的保护就处理得很干脆了，直接把中断关闭，但NMI FAULT和硬FAULT除外。

Cortex-M内核快速关中断指令

为了快速地开关中断，Cortex-M内核专门设置了一条CPS指令，有4种用法。

代码清单CPS指令用法

CPSID I ;PRIMASK=1　　 ;关中断
CPSIE I ;PRIMASK=0　　 ;开中断
CPSID F ;FAULTMASK=1　 ;关异常
CPSIE F ;FAULTMASK=0　 ;开异常

代码清单中PRIMASK和FAULTMAST是Cortex-M内核中3个中断屏蔽寄存器中的2个，还有一个是BASEPRI，有关这3个寄存器的详细用法如表所示。

关中断

RT-Thread关中断的函数在contex_rvds.s中定义，在rthw.h中声明，具体实现参见代码清单4-2。

关中断

/*
; * rt_base_t rt_hw_interrupt_disable();
; */
rt_hw_interrupt_disable　　PROC　　　　　　　　　　
　 EXPORT　rt_hw_interrupt_disable　　　　　　　　
　 MRS　　 r0, PRIMASK　　　　　　　　　　　　　　
　 CPSID　 I　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　 BX　　　LR　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　 ENDP　　　　

1）：关键字PROC表示汇编子程序开始。

2）：使用EXPORT关键字导出标号rt_hw_interrupt_disable，使其具有全局属性，在外部头文件声明后（在rthw.h中声明），就可以在C文件中调用。

3）：通过MRS指令将特殊寄存器PRIMASK寄存器的值存储到通用寄存器r0。当在C中调用汇编的子程序返回时，会将r0作为函数的返回值。所以在C中调用rt_hw_interrupt_disable()时，需要事先声明一个变量用来存储rt_hw_interrupt_disable()的返回值，即r0寄存器的值，也就是PRIMASK的值。

4）：关闭中断，即使用CPS指令将PRIMASK寄存器的值置1。

5）：子程序返回。

6）：ENDP表示汇编子程序结束，与PROC成对使用。

开中断

RT-Thread开中断的函数在contex_rvds.s中定义，在rthw.h中声明。

开中断

/*
* void rt_hw_interrupt_enable(rt_base_t level);
*/
rt_hw_interrupt_enable　　PROC　　　　　　　　　　　　
　 EXPORT　rt_hw_interrupt_enable　　　　　　　　　　
　 MSR　　 PRIMASK, r0　　　　　　　　　　　　　　　
　 BX　　　LR　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　 ENDP　　　　　　　

1）：关键字PROC表示汇编子程序开始。

2）：使用EXPORT关键字导出标号rt_hw_interrupt_enable，使其具有全局属性，在外部头文件声明后（在rthw.h中声明），就可以在C文件中调用。

3）：通过MSR指令将通用寄存器r0的值存储到特殊寄存器PRIMASK。

4）：子程序返回。

5）：ENDP表示汇编子程序结束，与PROC成对使用。

临界段代码的应用

在进入临界段之前，我们会先把中断关闭，退出临界段时再把中断打开，而且Cortex-M内核中设置了快速关中断的CPS指令，开关中断的函数的实现和临界段代码的保护。

开关中断的函数的实现和临界段代码的保护
开关中断的函数的实现
/*
* void rt_hw_interrupt_disable();
*/
rt_hw_interrupt_disable　　PROC
 EXPORT　rt_hw_interrupt_disable
　 CPSID　 I　　　　
　 BX　　　LR
　 ENDP
;/*
; * void rt_hw_interrupt_enable(void);
; */
rt_hw_interrupt_enable　　PROC
　 EXPORT　rt_hw_interrupt_enable
　 CPSIE　 I　　　　
　 BX　　　LR
　 ENDP
PRIMASK = 0;　　　　　　　　　　　/* PRIMASK初始值为0，表示没有关中断 */　　　　
/* 临界段代码保护 */
{
　 /* 临界段开始 */
　 rt_hw_interrupt_disable();　　 /* 关中断，PRIMASK = 1 */　　　　
　 {
　　　 /* 执行临界段代码，不可中断 */　　　　
　 }
　 /* 临界段结束 */
　　　 rt_hw_interrupt_enable();　　　/* 开中断，PRIMASK = 0 */　　　
}