中断与 RTIC 框架

关键概念

裸机中断：共享数据的正确姿势

先看不用框架、手动处理中断时如何安全共享数据。假设 EXTI0（PA0 按键）中断里要递增一个计数器，main 里读它：

#![no_std]
#![no_main]
use panic_halt as _;
use cortex_m_rt::entry;
use core::cell::Cell;
use critical_section::Mutex;
use stm32f4xx_hal::{pac, prelude::*, interrupt};

// 共享计数器：Mutex 保证访问必须在临界区内，Cell 允许内部可变。
// static 全局要求 Sync —— Mutex<Cell<u32>> 满足，裸 u32 不满足（编译报错）。
static COUNTER: Mutex<Cell<u32>> = Mutex::new(Cell::new(0));

#[entry]
fn main() -> ! {
    let dp = pac::Peripherals::take().unwrap();
    // ...省略 EXTI0 上升沿 + NVIC 使能配置...

    loop {
        // 进入临界区读取共享值：闭包期间中断被屏蔽
        let n = critical_section::with(|cs| COUNTER.borrow(cs).get());
        // defmt::info!("count = {}", n);
        let _ = n;
    }
}

// 中断服务程序：函数名必须等于向量名 EXTI0
#[interrupt]
fn EXTI0() {
    critical_section::with(|cs| {
        let c = COUNTER.borrow(cs);
        c.set(c.get().wrapping_add(1));
    });
    // 必须清除 EXTI 挂起标志，否则中断反复触发
    unsafe { (*pac::EXTI::ptr()).pr.write(|w| w.pr0().set_bit()); }
}

中断处理流程

RTIC：让框架管理并发

手动管理临界区和向量表容易出错。RTIC 把这一切结构化：你只声明任务、优先级和资源，框架编译期自动生成正确且最小的临界区。下面是一个双任务示例——定时器任务采样、按键中断改配置，共享一个阈值：

#![no_std]
#![no_main]
use panic_halt as _;

#[rtic::app(device = stm32f4xx_hal::pac, dispatchers = [SPI1])]
mod app {
    use stm32f4xx_hal::{pac, prelude::*, gpio::*};

    // 多任务共享、需要互斥保护的数据
    #[shared]
    struct Shared {
        threshold: u32,
    }

    // 每个任务独占、无需保护的数据
    #[local]
    struct Local {
        led: PC13<Output<PushPull>>,
        button: PA0<Input<PullUp>>,
    }

    // 初始化：返回 Shared 与 Local，框架接管后调度任务
    #[init]
    fn init(cx: init::Context) -> (Shared, Local) {
        let dp: pac::Peripherals = cx.device;
        // ...配置时钟、GPIO、EXTI、TIM 中断...(省略)
        let gpioc = dp.GPIOC.split();
        let gpioa = dp.GPIOA.split();
        let led = gpioc.pc13.into_push_pull_output();
        let button = gpioa.pa0.into_pull_up_input();

        (Shared { threshold: 100 }, Local { led, button })
    }

    // 硬件任务：绑定 TIM2 中断，优先级 1，独占 led，共享 threshold
    #[task(binds = TIM2, priority = 1, shared = [threshold], local = [led])]
    fn sample(mut cx: sample::Context) {
        // lock 自动进入最小临界区访问共享资源
        let th = cx.shared.threshold.lock(|t| *t);
        if th > 50 {
            cx.local.led.toggle();  // local 资源无需 lock
        }
    }

    // 硬件任务：按键中断，优先级 2（更高，可抢占 sample）
    #[task(binds = EXTI0, priority = 2, shared = [threshold], local = [button])]
    fn on_button(mut cx: on_button::Context) {
        cx.shared.threshold.lock(|t| *t = 200);
        // ...清除 EXTI Pending Bit...
    }
}

裸中断 vs RTIC