PendSV中断以及其用法

PendSV（Pendable Service Call）是ARM Cortex-M系列处理器特有的异常类型，专门为实时操作系统（RTOS）设计，用于任务切换或其他需要延后执行的低优先级任务。
用途：PendSV主要用于上下文切换（Context Switch），即在多任务系统中，切换当前运行任务到下一个任务。
优点：它的优先级最低，不会干扰高优先级中断。通过软件触发，提供灵活性和精确控制。不需要额外的硬件支持，可以高效实现任务切换。

PendSV中断的特点

最低优先级：
它的优先级是可编程的，但通常被设置为最低，以避免干扰其他中断。
在Cortex-M中，优先级通过NVIC（Nested Vectored Interrupt Controller）配置。

软件触发：

PendSV不能由硬件触发，只能通过软件设置触发（写入SCB中的ICSR寄存器）。

中断延后：
PendSV可以被挂起，直到高优先级中断处理完成后再执行。
它的“挂起特性”使得它非常适合实现任务切换，而不会影响关键实时任务。

与SysTick的配合：
SysTick定时器用于产生周期性中断，触发调度器运行。
PendSV负责执行实际的任务切换。

PendSV的触发机制
触发PendSV中断：
向SCB->ICSR寄存器的PENDSVSET位写入1即可触发PendSV中断。

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SCB->ICSR |= SCB_ICSR_PENDSVSET_Msk;  // 设置PendSV挂起位

清除PendSV挂起：
PendSV中断执行后，硬件会自动清除挂起状态。
也可以通过软件清除挂起状态：

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SCB->ICSR |= SCB_ICSR_PENDSVCLR_Msk;  // 清除PendSV挂起位

设置优先级：
通过NVIC_SetPriority函数设置PendSV为最低优先级：

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NVIC_SetPriority(PendSV_IRQn, NVIC_EncodePriority(NVIC_GetPriorityGrouping(), 0xFF, 0xFF));

PendSV的用法
在RTOS中，PendSV通常用于任务调度和任务切换，以下是一个典型的流程：

任务切换的大致步骤
SysTick中断触发：定时器（如SysTick）触发中断，唤醒调度器。
调度器决定下一个任务：根据任务优先级、状态等信息选择下一个任务。
PendSV中断触发：调度器触发PendSV中断。
执行任务切换：
保存当前任务的上下文（寄存器、堆栈指针等）。
加载下一个任务的上下文，切换任务。

以下是一个典型的PendSV中断服务例程（Cortex-M架构下）：

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void PendSV_Handler(void) {

    // 保存当前任务上下文

    __asm volatile (

        "MRS R0, PSP\n"                  // 获取当前任务的进程堆栈指针 (Process Stack Pointer)

        "STMDB R0!, {R4-R11}\n"          // 保存低寄存器（R4-R11）到堆栈

        "LDR R1, =current_tcb\n"         // 加载当前任务控制块的地址

        "LDR R2, [R1]\n"                 // 获取当前任务的TCB地址

        "STR R0, [R2]\n"                 // 保存当前任务的堆栈指针到TCB

    );



    // 加载下一个任务上下文

    __asm volatile (

        "LDR R2, =next_tcb\n"            // 加载下一个任务控制块的地址

        "LDR R2, [R2]\n"                 // 获取下一个任务的TCB地址

        "LDR R0, [R2]\n"                 // 获取下一个任务的堆栈指针

        "LDMIA R0!, {R4-R11}\n"          // 恢复低寄存器（R4-R11）

        "MSR PSP, R0\n"                  // 恢复进程堆栈指针

        "BX LR\n"                        // 返回下一个任务

    );

}

配合调度器触发PendSV
RTOS的调度器通常在决定切换任务后触发PendSV。例如：

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void task_switch(void) {

    // 触发PendSV中断，进行任务切换

    SCB->ICSR |= SCB_ICSR_PENDSVSET_Msk;

}

PendSV的作用与SysTick配合示例
以下示例演示了如何结合SysTick和PendSV实现任务调度：

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#include "stm32f4xx.h"



void SysTick_Handler(void) {

    // 调度器逻辑：决定是否需要切换任务

    if (should_switch_task()) {

        SCB->ICSR |= SCB_ICSR_PENDSVSET_Msk;  // 触发PendSV中断

    }

}



void PendSV_Handler(void) {

    // 保存当前任务上下文并切换到下一个任务

    save_context();

    schedule_next_task();

    restore_context();

}

总结
触发条件：

PendSV由软件触发（SCB->ICSR寄存器），不能由硬件自动触发。
优先级设置：

确保PendSV优先级最低（通常与调度器无关的中断优先级较高）。
任务切换效率：

PendSV的主要作用是保存当前任务上下文并加载下一个任务的上下文，效率对RTOS性能至关重要。
与SysTick配合：

SysTick定时器负责定时触发调度器运行，调度器触发PendSV完成实际任务切换。