UCOS---临界区（Critical Sections）

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一个临界代码也被称为临界区，是需要被当作一个整体对待的代码段。在 UCOS 中包含许多临界区代码段。如果一个 ISR（Interrupt Service Routine）或任务中存在临界区代码，则在执行临界区代码时需要禁止中断，以防止临界区代码的执行被中断。如果一个临界区仅仅存在于任务中，而不能存在于 ISR 中，则此临界区需要使用一个抢占锁（preemption lock）来保护。

在 UCOS 中，临界区的访问方式依赖于中断 ISR 是否启用延迟传递。如果OS_CFG_ISR_POST_DEFERRED_EN = 0，则访问内部临界区时直接禁止中断即可。若 OS_CFG_ISR_POST_DEFERRED_EN = 1，则访问临界区时需要锁住调度器。

进入和退出临界区的方法如下：
OS_CRITICAL_ENTER()，
OS_CRITICAL_EXIT() 和 OS_CRITICAL_EXIT_NO_SCHED()

1 禁止中断

当 OS_CFG_ISR_POST_DEFERRED_EN 设置为 0 时，UCOS 进入临界区前禁止中断，退出临界区后使能中断。

OS_CRITICAL_ENTER() 宏调用会转化为 CPU_SR_Save() 的调用， CPU_SR_Save() 是一个典型的汇编函数，用于保存当前的中断使能状态和禁止状态。中断禁止状态保存完成后将返回到调用函数中，实际上其状态时保存在此调用函数的栈中。

#define OS_CRITICAL_ENTER()    { CPU_CRITICAL_ENTER(); }
#define OS_CRITICAL_EXIT()    { CPU_CRITICAL_EXIT(); }
#define OS_CRITICAL_EXIT_NO_SCHED()    { CPU_CRITICAL_EXIT_NO_SCHED(); }

1.1 测量中断禁止时间

uC/CPU 提供测量中断禁止的总时间的工具。这是通过使能配置常量 CPU_CFG_INT_DIS_MEAS_EN 为 1 来完成。

计量的时间从禁止中断开始，在使能中断时结束计量。此次测量跟踪两个值：全局中断禁止时间，和每个任务的中断禁止时间。因此，可以准确地知道每个任务的中断禁止时间，从而使用户能够更好的优化代码。

每个任务的中断禁止时间是在任务切换时保存于 OS_TCB 中。时间测量的单位与 CPU_TS 一致。其单位是根据CPU的计时器的分辨率来决定的。

明显地，测量中断禁止时间增加了测量工作，从而增加了中断禁止的总时间。然而，一旦测量工作涉及，中断禁止时间就包括了测量时间；不使能中断时间测量，则中断禁止时间就是真正的中断被禁止的时间。

CPU 的指令处理速度和内存访问速度对于中断禁止时间影响很大。在某些情况下，硬件设计者可以引入一个内存访问等待状态，这对于综合性能造成影响，这也通常表现为中断禁止时间长。

2 调度器锁定

当设置 OS_CFG_ISR_POST_DEFERRED_EN 为 1 时，UCOS 在进入临界区前给调度器上锁，退出临界区时给调度器解锁。

OS_CRITICAL_ENTER() 仅仅是通过 OSSchedLockNestingCtr 加 1 为调度器上锁。这个值就是用来决定调度器是否别被上锁，当此值不为 0 时，就表示调度器已经上锁。

OS_CRITICAL_EXIT() 使 OSSchedLockNestingCtr 减 1，并且当此值达到 0 时，调用调度器。

OS_CRITICAL_EXIT_NO_SCHED() 也能使 OSSchedLockNestingCtr 减1，但是当此值为 0 时，也不调用调度器。

 /* Lock the scheduler */
#define  OS_CRITICAL_ENTER()                                       \
         do {                                                      \
             CPU_CRITICAL_ENTER();                                 \
             OSSchedLockNestingCtr++;                              \
             if (OSSchedLockNestingCtr == 1u) {                    \
                 OS_SCHED_LOCK_TIME_MEAS_START();                  \
             }                                                     \
             CPU_CRITICAL_EXIT();                                  \
         } while (0)
         
  /* Lock the scheduler but re-enable interrupts       */
#define  OS_CRITICAL_ENTER_CPU_EXIT()                              \
         do {                                                      \
             OSSchedLockNestingCtr++;                              \
                                                                   \
             if (OSSchedLockNestingCtr == 1u) {                    \
                 OS_SCHED_LOCK_TIME_MEAS_START();                  \
             }                                                     \
             CPU_CRITICAL_EXIT();                                  \
         } while (0)

 /* Scheduling occurs only if an interrupt occurs     */
#define  OS_CRITICAL_EXIT()                                        \
         do {                                                      \
             CPU_CRITICAL_ENTER();                                 \
             OSSchedLockNestingCtr--;                              \
             if (OSSchedLockNestingCtr == (OS_NESTING_CTR)0) {     \
                 OS_SCHED_LOCK_TIME_MEAS_STOP();                   \
                 if (OSIntQNbrEntries > (OS_OBJ_QTY)0) {           \
                     CPU_CRITICAL_EXIT();                          \
                     OS_Sched0();                                  \
                 } else {                                          \
                     CPU_CRITICAL_EXIT();                          \
                 }                                                 \
             } else {                                              \
                 CPU_CRITICAL_EXIT();                              \
             }                                                     \
         } while (0)

#define  OS_CRITICAL_EXIT_NO_SCHED()                               \
         do {                                                      \
             CPU_CRITICAL_ENTER();                                 \
             OSSchedLockNestingCtr--;                              \
             if (OSSchedLockNestingCtr == (OS_NESTING_CTR)0) {     \
                 OS_SCHED_LOCK_TIME_MEAS_STOP();                   \
             }                                                     \
             CPU_CRITICAL_EXIT();                                  \
         } while (0)

2.1 测量调度器锁定时间

此处理与测量中断时间处理一致。

3 UCOS 中存在长临界区的情形

下表中列出了若干 UCOS 的特性，在这些特性中可能存在长临界区。这些知识将帮助你决定是否在 UCOS 中启用 OS 临界区。

特性	原因
同一优先级存在多个任务	这是 UCOS 的一个重要特性，在同一优先级额存在多个任务，将导致临界区处理时间变长。然而，如果仅仅有少数几个任务优先级相同，中断等待时间将会相对较小。如果没有优先级相同的任务，则直接使用禁止中断临界区。
时间标志	如果多个任务正在等待不同的事件，则检查正在等待当前事件的任务会花费相当的时间，这也会导致临界区执行时间长。如果仅仅少数（1-5）任务在等待某个事件标志，则临界区很短，直接使用中断临界区即可。
等待多个对象	等待多个对象是 UCOS 提供的最复杂的特性，这也会发导致临界区执行时间长，推荐使用调度锁临界区。
信号广播	需要遍历所有等待此信号的任务，临界区耗时长。