在討論 ISR（中斷服務例程）和 TCB（任務控制塊，Task Control Block）時，我們實際上是在探討 FreeRTOS 中兩個不同但又相互關聯的概念：一個是用于處理硬件或軟件觸發的中斷事件，另一個是操作系統用來管理任務的核心數據結構。下面我將詳細解釋這兩個概念及其關系。
1.?ISR (Interrupt Service Routine)
定義
- ISR?是一段專門編寫的小型程序代碼，用來處理特定類型的中斷請求。當中斷發生時，CPU 暫停當前執行的任務，轉而執行相應的 ISR 來響應這個中斷。ISR 必須快速完成其工作，以確保其他更高優先級的中斷能夠及時得到響應。
特點
- 高優先級：ISR 比普通任務具有更高的優先級。
- 非搶占性：在一個 ISR 執行期間，不會被另一個 ISR 或者普通任務所搶占，除非新來的中斷源設置了更高的優先級。
- 簡短高效：ISR 應盡可能快地完成，因為長時間運行的 ISR 可能會影響系統的實時性能和響應速度。
- 不能阻塞：ISR 內部不允許調用任何可能導致阻塞的操作（如?
vTaskDelay()），因為這會導致整個系統陷入死鎖狀態。
在 FreeRTOS 中使用 ISR
- 發送消息給隊列：可以使用?
xQueueSendFromISR()?函數將數據發送到隊列，但要注意避免阻塞。 - 喚醒任務：可以通過?
xSemaphoreGiveFromISR()?或?xTaskResumeFromISR()?喚醒等待的任務，同樣要避免阻塞。 - 檢查是否需要上下文切換：某些 ISR 函數有一個參數指向一個布爾變量，如果該變量被設為?
pdTRUE，則表明有更高優先級的任務被喚醒，可能需要進行上下文切換。這時應該調用?portYIELD_FROM_ISR()?來實現這一點。
2.?TCB (Task Control Block)
定義
- TCB?是 FreeRTOS 內核用于管理每個任務的數據結構。它包含了任務的所有信息，包括但不限于：
- 任務狀態：如就緒、運行、阻塞等。
- 任務堆棧指針：保存任務的寄存器狀態和局部變量。
- 任務優先級：定義了任務相對于其他任務的執行順序。
- 任務句柄：唯一標識符，用于從應用程序中引用任務。
- 任務延時計數器：用于定時阻塞任務。
- 消息隊列：如果任務使用了隊列，則包含相關隊列的信息。
功能
- 任務調度：FreeRTOS 使用 TCB 中的狀態信息來決定哪個任務應該獲得 CPU 時間片。
- 內存管理：每個 TCB 都有自己的堆棧空間，用于存儲任務執行期間的臨時數據。
- 同步與通信：通過 TCB，任務可以訪問和操作共享資源，如信號量、隊列等，從而實現任務間的同步和通信。
ISR 和 TCB 的關系
盡管 ISR 和 TCB 分別代表了不同的概念，但在實際應用中它們之間存在一定的交互：
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從中斷上下文喚醒任務：當 ISR 處理完中斷后，它可能會改變某個任務的狀態（例如通過信號量或隊列）。此時，ISR 可以通知 FreeRTOS 內核有關任務狀態的變化，并可能觸發一次上下文切換，讓被喚醒的任務立即開始執行。這種情況下，ISR 會更新相關的 TCB，特別是那些涉及任務狀態轉換的部分。
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任務創建與刪除：雖然 ISR 不直接參與任務的創建或刪除過程，但它可以在運行時影響哪些任務處于活動狀態。例如，ISR 可能會向隊列發送數據，導致原本處于阻塞狀態的任務變得可運行，進而改變了這些任務對應的 TCB 狀態。
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上下文切換：當 ISR 結束時，如果檢測到有更高優先級的任務被喚醒，則會觸發一次上下文切換。這意味著當前正在執行的任務會被掛起，而新的最高優先級任務將接管 CPU。這一過程中，FreeRTOS 內核會根據各個任務的 TCB 來確定下一個要執行的任務，并相應地調整 CPU 上下文。
