背景

大多數(shù)嵌入式RTOS在Cortex-M3/M4上的移植都需要PendSV，比如uCOS、RT-Thread、FreeRTOS等，本文就對PendSV的功能作用，以及為什么需要PendSV進行詳細的分析。

PendSV是什么？

我們先引用《Cortex-M3權(quán)威指南》對PendSV的介紹：

PendSV（可懸起的系統(tǒng)調(diào)用），它是一種CPU系統(tǒng)級別的異常，它可以像普通外設(shè)中斷一樣被懸起，而不會像SVC服務(wù)那樣，因為沒有及時響應(yīng)處理，而觸發(fā)Fault。

個人理解PendSV的英文全稱應(yīng)該是：Pend System Service Call，簡稱PendSV.
所以PendSV的最大特點就是，它是系統(tǒng)級別的異常，但它又天生支持【緩期執(zhí)行】。

PendSV使用場景

由于PendSV的特點就是支持【緩期執(zhí)行】，所以嵌入式OS可以利用它這個特點，進行任務(wù)調(diào)度過程的上下文切換。而為什么要使用【緩期執(zhí)行】的特點來進行上下文切換呢？簡單的說就是任何嵌入式RTOS，都需要盡量不打斷外設(shè)中斷。
我們來舉例說明，假如一個系統(tǒng)中有2個就緒的任務(wù)，上下文切換被切換的場合有：

執(zhí)行了一個系統(tǒng)調(diào)用SVC。

系統(tǒng)滴答定時器SYSTICK中斷，觸發(fā)了任務(wù)的調(diào)度。

沒有外部中斷，OS直接切換任務(wù)

假如我們在Systick中斷服務(wù)程序中，啟動上下文切換，流程圖如下：

上圖中，似乎一切都正常，任務(wù)調(diào)度很流暢，但現(xiàn)實總是很骨感的，不可能這么簡單，假如在產(chǎn)生異常時，CPU正在響應(yīng)另一個中斷ISR1，而SysTick的優(yōu)先級又大于ISR1，在這種情況下，SysTick就會搶占ISR1，獲取CPU使用權(quán)，但是在SysTick中不能進行上下文切換，因為這將導(dǎo)致中斷ISR1被延遲，這在實時要求的系統(tǒng)中是不能容忍的，但是這個說辭只是為了方便理解，更重要的是：

在Cortex-M3中，如果OS在某個中斷活躍時，搶占了該中斷，而且又發(fā)生了任務(wù)調(diào)度，并執(zhí)行了任務(wù)，切換到了線程運行模式，將直接觸發(fā)Fault異常。

SysTick優(yōu)先級高于外部中斷，OS搶占IRQ進行任務(wù)調(diào)度觸發(fā)Fault

如下圖所示：

為了解決這個問題，早起的OS大多會檢測當(dāng)前是否有中斷在活躍中，只有在無任何中斷需要響應(yīng)時，才進行上下文切換，切換期間無法響應(yīng)中斷。
這個時候，可能會有人想，既然有上面的原因限制，我能不能將SysTick的優(yōu)先級設(shè)置為最低，然后在SysTick中進行上下文切換，然后任務(wù)調(diào)度呢？ 答案是：可以。這一點在Cortex-M3權(quán)威指南中沒有解釋，反而影響了很多讀者對于PendSV的理解。按照上面的思路，我們分析一下整體流程：

Systick中斷優(yōu)先級低與IRQ，任務(wù)調(diào)度流程

在上圖中我們可以看到，當(dāng)OS的Systick中斷級別低于外部中斷時，確實不會觸發(fā)Fault，但是這帶來了一個問題：

一般OS在調(diào)度任務(wù)時，會關(guān)閉中斷，也就是進入臨界區(qū)，而OS任務(wù)調(diào)度是要耗時的，這就會出現(xiàn)一種情況：
在任務(wù)調(diào)度期間，如果新的外部IRQ發(fā)生，CPU將不能夠快速響應(yīng)處理。

將SysTick的優(yōu)先級調(diào)低，避免了觸發(fā)Fault的問題，但是會影響外部中斷IRQ的處理速度，那有沒有進一步優(yōu)化的方法呢？答案就是PenSV。因為PendSV有【緩期執(zhí)行】的特點，所以可以將上圖中的OS拆分，分成2段：

滴答定時器中斷，制作業(yè)務(wù)調(diào)度前的判斷工作，不做任務(wù)切換。

觸發(fā)PendSV，PendSV并不會立即執(zhí)行，因為PendSV的優(yōu)先級最低，如果此時正好有IRQ請求，那么先響應(yīng)IRQ，最后等到所有優(yōu)先級高于PendSV的IRQ都執(zhí)行完畢，再執(zhí)行PendSV，進行任務(wù)調(diào)度。

Systick、PendSV優(yōu)先級低，只在PendSV中進行上線文切換，任務(wù)調(diào)度

上述的流程就是目前常見的嵌入式RTOS的任務(wù)調(diào)度流程，uC/OS和FreeRTOS都會將Systick和PendSV的優(yōu)先級設(shè)置為最低。
到這里，可能會有人又有疑問，這樣做是不是也有缺點：

SysTick的優(yōu)先級最低，那如果外部IRQ比較頻繁，是不是會導(dǎo)致SysTick經(jīng)常被掛起，然后滯后，導(dǎo)致Systick的節(jié)拍延長，進而導(dǎo)致不準啊？

因為1的原因，導(dǎo)致任務(wù)的執(zhí)行調(diào)度就不夠快了？

答案：確實存在這些問題，但是這些問題影響面已經(jīng)很小了。我們能不能將SysTick的優(yōu)先級設(shè)置成最高，將PendSV的優(yōu)先級設(shè)置為低，就能完美的解決上述問題，我們不妨分析下這種情況：

這樣似乎解決了問題，但是又帶來了一個問題，因為SysTick的優(yōu)先級最高，而且又是周期性的觸發(fā)，會導(dǎo)致經(jīng)常搶占外部IRQ，這就會導(dǎo)致外部IRQ響應(yīng)變慢，這在一些對實時性要求高的，比如按鍵、斷電中斷等待，是不能接受的，你肯定不希望你的按鍵掃描體驗卡頓。
所以，沒有十全十美的解決方案，關(guān)鍵是要看我們更關(guān)注什么？對于CPU來說，嵌入式OS也是一個程序，跟普通的裸機程序是一樣的，無非就是復(fù)雜一些，涉及到了手動切換堆棧、PC等高級操作而已，OS的優(yōu)先級天生就沒有外部中斷的優(yōu)先級高。

小結(jié)

PendSV是可懸起系統(tǒng)中斷，具有【緩期執(zhí)行】特征。

PendSV一般被嵌入式OS用于 任務(wù)調(diào)度的上下文切換。

使用PendSV時，一般會將PendSV的優(yōu)先級設(shè)置為最低，讓外部IRQ先執(zhí)行，等到?jīng)]有外部中斷后，在執(zhí)行上下文切換。

嵌入式實時操作系統(tǒng)的【實時】概念，并不僅僅指應(yīng)用程序、任務(wù)的調(diào)度實時，而是指整個系統(tǒng)的實時性高，具備【可剝奪】特點，當(dāng)有高優(yōu)先級的中斷、任務(wù)具備執(zhí)行條件時，立刻中斷當(dāng)前正在運行的任務(wù)，去執(zhí)行高優(yōu)先級的IRQ和高優(yōu)先級任務(wù)。

嵌入式OS一般會將SysTick的優(yōu)先級也設(shè)置為最低，保證外部中斷IRQ優(yōu)先，詳細的分析，我們下一篇文章討論。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的RTOS系列文章（2）：PendSV功能，为什么需要PendSV的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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