VxWorks下基于看門狗的通用定時器設(shè)計

摘要：隨著嵌入式電子產(chǎn)品越來越多的應(yīng)用，實時性操作系統(tǒng)VxWorks得到廣泛應(yīng)用，而定時器正是實時性操作系統(tǒng)中不可或缺的重要組件。文章以VxWorks實時性操作系統(tǒng)中的看門狗機制為基礎(chǔ)，提出了～種通用性強、效率高并且使用簡單的共享看門狗定時機制。
關(guān)鍵詞：VxWroks：ISR；看門狗定時器；共享看門狗定時器；

0 引言
VxWorks是目前應(yīng)用最多的嵌入式實時操作系統(tǒng)之一，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、醫(yī)療器械、通信、航空航天以及武器裝備等領(lǐng)域。VxWorks是32位實時嵌入式操作系統(tǒng)，自20世紀80年代由風河公司推出以來，其良好的實時性、對多任務(wù)的支持、體積精簡、可剪裁等優(yōu)點得到眾多公司、開發(fā)者及用戶的喜愛。
在實時性要求高的應(yīng)用系統(tǒng)中，定時器是經(jīng)常被用到的重要器件。而對于VxWorks操作系統(tǒng)本身來說，并未提供一個通用、高效的定時器組件。文章所提出的共享看門狗定時機制就是針對這種情況實現(xiàn)的一種通用型定時器組件。

1 VxWorks定時的方法
1．1 使甩taskDely函數(shù)
函數(shù)原型為：STATUS taskDelay(intticks)該函數(shù)提供一種簡單的任務(wù)休眠機制，常用于需要不精確定時或延時的應(yīng)用中，其定時的單位為tick，默認情況下60(ticks)為1s(利用sysClkRateSet函數(shù)可以修改系統(tǒng)默認的時鐘速率)。在任務(wù)中調(diào)用taskDelay函數(shù)可以在指定的ticks期間空出CPU的使用權(quán)，同時改變該任務(wù)的狀態(tài)為DELAY。由于經(jīng)常受到任務(wù)調(diào)度的影響，該定時機制并不精確。
1．2 看門狗watchDog
VxWorks提供了一個看門狗定時器(watchDog timer)，它由以下四個函數(shù)維護：
wdCreate()創(chuàng)建并初始化一個看門狗定時器；
wdDelete()終止并刪除一個看門狗定時器；
wdStart()啟動看門狗定時器；
wdCancel()暫停當前看門狗定時器運行。
利用wdCreate函數(shù)，在任何任務(wù)中都可以創(chuàng)建一個看門狗定時器，經(jīng)過設(shè)置的時間段后，實現(xiàn)指定的C函數(shù)。watchDog定時器作為系統(tǒng)時鐘中斷服務(wù)程序的一部分來維護。因此看門狗所定時執(zhí)行的程序工作在系統(tǒng)中斷級別具有很高的優(yōu)先級，該程序必須遵守一般ISR程序的規(guī)定，不能使用任何可能被阻塞的程序。文章所介紹的高效定時器就是在看門狗定時器的基礎(chǔ)上設(shè)計的。
1．3 POSIX標準的timer
VxWorks同時也提供IEEE的POSIX 1003．1b標準定時器接口。POSIX標準保證了應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)之間接口的簡易性，利用這些接口編程，可以使得應(yīng)用程序很輕松地從一個操作系統(tǒng)移植到另外的操作系統(tǒng)。使用該定時機制，在指定時間段后，任務(wù)將向自身發(fā)送SIGNAL，該定時器是建立在時鐘和信號之上。POSIX標準的timer定時器常常用來編寫跨平臺、需要在多個操作系統(tǒng)下運行、易移植的程序。

2 基于看門狗定的高效定時機制
2．1 共享看門狗高效定時器
在一些基于嵌入式實時系統(tǒng)的項目中，經(jīng)常使用定時器來實現(xiàn)某一時間段后執(zhí)行某一段程序或函數(shù)，而往往計時長度都存在差異，定時器的使用也往往來自不同任務(wù)，既要求實時性，又要保證資源競爭的有序性。鑒于這些特點，經(jīng)常采用的一個定時任務(wù)使用一個看門狗定時器的模式已不再適用，如果按照這種模式構(gòu)建定時器機制，在定時任務(wù)較多的情況下，由于看門狗定時器運行在中斷級別，資源消耗就會變得很大，從而對系統(tǒng)的實時性產(chǎn)生影響。
共享看門狗定時器的定時機制可以解決這種資源嚴重浪費的現(xiàn)象。共享看門狗定時機制，顧名思義，就是多個定時任務(wù)通過共享同一個看門狗定時器來實現(xiàn)定時操作，其優(yōu)點是資源消耗小、實時性好、無須產(chǎn)生額外的定時任務(wù)。
2．2 定時算法
共享看門狗高效定時器的基本原理是動態(tài)改變看門狗的定時任務(wù)。
如圖1所示，系統(tǒng)中存在A、B、C三個定時任務(wù)。首先A任務(wù)提交一個500ms的定時任務(wù)，200ms后B提交一個200ms的定時任務(wù)，再100ms后C提交一個150ms的定時任務(wù)。除此之外再無其他計時，A、B、C運行情況如圖1所示。

定時器A在時間軸50ms處向共享定時器發(fā)起定時申請，共享定時器在其維護的定時列表中加入A的時延與執(zhí)行程序的函數(shù)指針，并計算出定時器下一執(zhí)行時刻TA(系統(tǒng)運行時間加上A的定時時延)，此時由于還沒有其他定時器申請定時任務(wù)，該列表中只存在A的定時信息。當時間軸到達250ms時，定時器B發(fā)起定時申請，由于定時器A的時延為500ms，B的時延為200ms，也就是說B將在時間軸450ms處執(zhí)行，比A提前了100 ms(550ms減去450ms)，此時定時列表將完成兩件事情，一是修改下一執(zhí)行時刻TB為系統(tǒng)運行時間加上B的時延，二是針對執(zhí)行時刻TA、TB對列表進行從小到大的順序排序。此時列表中B為表頭，A在B之后。同樣的道理當時間軸到達350ms時，定時器C發(fā)起定時申請，定時任務(wù)C被加入到定時列表，計算得出TC為系統(tǒng)運行時刻加上C的時延，然后依據(jù)TA、TB、TC重新進行排序，此時列表順序為B、C、A。當時間軸執(zhí)行到450ms時，定時器B的ISR將被執(zhí)行，同時B定時任務(wù)將從定時列表中刪除；同理，500ms、550m時C任務(wù)與A任務(wù)將分別從列表中刪除。此時所有定時任務(wù)執(zhí)行結(jié)束，定時列表為空，共享看門狗定時器進入休眠狀態(tài)。