安全地检测函数是否从中断服务程序（ISR）中调用？

Question

我正在为ARM Cortex M3（NXP LPC1769）微控制器开发软件。目前，我正在寻找一种机制来检测我的函数是否在中断服务程序（ISR）中被调用。我假设我需要检查一个寄存器。根据这些信息，我想调用一些复杂的函数。

我已经查阅了参考手册，看是否有包含所需信息的寄存器。

例如，我尝试通过“中断活动位寄存器”（IABR）来检测是否从ISR中调用（我使用了SysTick-ISR）。如果ISR处于活动状态，该寄存器的值应该不等于0。但是该值为0x00000000，这意味着没有中断处于活动状态。除了这个测试之外，我还在参考手册中检查了NVIC和SC寄存器，寻找包含所需标志的寄存器，但是没有找到。

有人知道适合我问题的合适寄存器/机制吗？

- ferraith

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为什么你不能让ISR调用一个函数，而让程序的其余部分调用另一个函数呢？ - Lundin

是的... 在做这件事情时必须非常小心，特别是涉及任务处理器时。不过，它已经嵌入其中了，祝你好运！ - Martin James

也许是为了简化实时操作系统（RTOS）的接口。例如Keil的RL-RTX为中断和线程上下文提供单独的API，例如os_evt_set和isr_evt_set。在编写可重用代码时，未必总能预测未来可能在哪些上下文中使用它，因此可能创建一个通用的evt_set包装器，可在任何地方使用。此外，如果意外调用了错误的API，则操作系统会表现不正确，因此运行时选择更安全，但会带来一点小的开销。 - Clifford

Answer 1

你需要测试Interrupt Control State Register的VECTACTIVE字段。

我使用以下内容：

//! Test if in interrupt mode
inline bool isInterrupt()
{
    return (SCB->ICSR & SCB_ICSR_VECTACTIVE_Msk) != 0 ;
}

SCM和SCB_ICSR_VECTACTIVE_Msk在CMSIS（core_cm3.h）中定义，我想这将间接包含在您的特定头文件（例如lpc17xx.h）中。我正在使用C++，在C++中包含stdbool.h将会使您获得bool类型，或者更改为int或自己的typedef。

例如，可以这样使用：

void somefunction( char ch )
{
    if( isInterrupt() )
    {
        // Do not block if ISR
        send( ch, NO_WAIT ) ;
    }
    else
    {
        send( ch, TIMEOUT ) ;
    }
}

如果需要一种不需要对架构有任何了解的解决方案，请考虑以下内容：

volatile int interrupt_nest_count = 0 ;
#define ENTER_ISR() interrupt_nest_count++
#define EXIT_ISR()  interrupt_nest_count--
#define IN_ISR() (interrupt_nest_count != 0)

void isrA()
{
     ENTER_ISR() ;
     somefunction( 'a' ) ;
     EXIT_ISR() ;
}

void isrB()
{
     ENTER_ISR() ;
     somefunction( 'b' ) ;
     EXIT_ISR() ;
}

void somefunction( char ch )
{
    if( IN_ISR() )
    {
        // Do not block if ISR
        send( ch, NO_WAIT ) ;
    }
    else
    {
        send( ch, TIMEOUT ) ;
    }
}

然而，这个问题涉及到如何安全地检测中断上下文，并且这依赖于在所有中断服务程序（ISRs）中添加enter/exit宏。

然而，这个问题涉及到如何安全地检测中断上下文，并且这依赖于在所有中断服务程序（ISRs）中添加enter/exit宏。

- Clifford

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我会将“interrupt_nest_count”声明为易失性变量。 - Ibrahim

@Ibrahim：我也是这样想的；竟然花了5年时间才有人注意到！谢谢。希望任何有用的人都使用了第一种方法。 - Clifford

在C语言中，默认情况下即使变量i是volatile类型，对于i++操作并不能保证原子性。 - vgru

@Groo：好观点 - 给读者的一个练习。可能有依赖于实现/架构行为而不是语言定义行为的好理由。例如，为了最小化中断延迟。这是一个想法的内核。 - Clifford

我认为你的第一个例子是最好的（检查某个平台相关标志），即使它不是“可移植的”。嵌入式代码无论如何都需要硬件抽象层，没有其他方法可以使它在不同的平台上可移植。特别是因为这个答案恰好是OP针对那个特定架构所问的。 - vgru

@Groo：我认为我的回答中已经表达了这一点。那是很久以前的事了 - 如果今天回答，也许我会省略第二个if。 - Clifford

Answer 2

经过一些讨论和更多搜索，我找到了正确的寄存器：

中断程序状态寄存器: IPSR包含当前中断服务例程（ISR）的异常类型编号。请参见表626中的寄存器摘要以获取其属性。

如果函数不是从中断服务例程（isr）调用，则寄存器的值为IPSR == 0

- ferraith

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是的，IPSR是我过去用于此目的的寄存器。 - Dan Moulding

Answer 3

最简单的方法是将上下文作为参数传递给函数。这也是平台无关的。

typedef enum _context {
    normal_context = 0,
    isr_context = 1
} context;

从ISR调用函数：

func(param1, param2, isr_context);

从普通代码中调用函数：

func(param1, param2, normal_context);

如果ISR代码不在您的控制范围内，而您只是传递一个函数指针，则可以使用两个不同的包装函数。其中一个将isr_context作为参数传递，另一个将normal_context作为参数传递给函数。

- Akhil

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我认为“最简单的方法”实际上是询问处理器状态。 - Clifford

Answer 4

最好的方法可能是创建两个不同的函数：一个从ISR中调用，另一个从程序的其余部分调用。

如果这不是一个选项，那么你可以使用纯标准C来确定调用者，不需要寄存器：

inline void my_func (const char* caller);

static void isr (void)
{
  my_func(__func__);
}


inline void my_func (const char* caller)
{
  if(strcmp(caller, "isr")==0)
  {
    // was called from isr
  }
  else
  {
    // called from elsewhere
  }
}

如果您为中断服务程序(ISR)命名得当，上述代码就足够快速地从ISR中运行。

- Lundin

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处理器“知道”何时处于中断上下文。这种方法是不必要的、低效的并且容易出错的。 - Clifford

@Clifford 不，处理器不知道这个。ARM Cortex M3 知道这个。看起来 OP 正在编写某种独立于硬件的库。这段代码是可移植的。它并不低效，可以进一步优化为编译器可以在编译时评估然后丢弃的内容。通过一些微小的修改，你可以将预处理器输出设置为 if('i' == 'i' && 's' == 's' && 'r' == 'r' && '\0' == '\0')。当然，任何半靠谱的编译器都会在编译时进行优化。我不明白这会有什么错误倾向，请解释一下？ - Lundin

@Lundin，我不同意 - 这个问题非常具体，涉及到Cortex M3特定的解决方案。硬件抽象包装器更能提高可移植性。我想知道你可能遇到过哪些没有确定中断上下文手段的硬件。这种方法会出错，因为它依赖于调用者传递正确的信息。 - Clifford

@Lundin，我就说到这里，你开始有些疲劳了。可以说，在我看来，这是一个相当不优雅的解决方案，用于解决一个简单的问题。你添加了一个 strcmp() 到某个只需要进行位测试的东西中 - 而且在可能很关键的 ISR 中。 - Clifford

当我发现这个帖子时，读到了一个有趣的论点，因为我和楼主有同样的问题。在这一点上，我必须全心全意地支持@Clifford。在我的情况下，我有一些函数不应该在中断上下文中执行。我告诉自己永远不要在中断上下文中调用它们，我可以在注释中加入这样的警告等。然而，我仍然不相信自己能在两个月后记得这件事，我绝对不相信在我之后可能更改代码的任何人会忽略注释中的警告。因此，我将测试IPSR并完成它。 - Dmitri