改進(jìn)型時(shí)間觸發(fā)嵌入式系統(tǒng)編程模式
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時(shí)間：2012-07-18
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系統(tǒng)中每個(gè)任務(wù)都定義了優(yōu)先級(jí)、任務(wù)循環(huán)周期和任務(wù)延遲時(shí)間，系統(tǒng)定時(shí)器中斷程序SCH Updatc()按設(shè)定的節(jié)拍對(duì)任務(wù)隊(duì)列進(jìn)行刷新，在超級(jí)大循環(huán)中只執(zhí)行任務(wù)調(diào)度器SCH_Dispatch_Tasks()，根據(jù)任務(wù)隊(duì)列的狀念安排任務(wù)的執(zhí)行。
這種編程結(jié)構(gòu)避免了超級(jí)大循環(huán)結(jié)構(gòu)循環(huán)時(shí)間隨代碼量的增加而線性增加的問(wèn)題，但是由于任務(wù)是不可剝奪的，一旦任務(wù)啟動(dòng)執(zhí)行，任務(wù)調(diào)度器只有在當(dāng)前任務(wù)完成后才有機(jī)會(huì)執(zhí)行，這就要求每個(gè)任務(wù)占用CPU的時(shí)間不能太長(zhǎng)，否則將影響整個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)速度。所以，F(xiàn)FT運(yùn)算在這種編程模式下還是必須進(jìn)行有效的拆分，否則就必須提高CPU的檔次或使用可剝奪型的搶先式RTOS，這勢(shì)必造成系統(tǒng)成本的增加。那么有沒(méi)有更好的解決辦法呢?
下面的編程結(jié)構(gòu)塒“時(shí)間觸發(fā)編程模式”進(jìn)行了改進(jìn)，使之在不提高硬件成本的情況下，使編程人員更直觀地定義任務(wù)，減少任務(wù)特性對(duì)系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)的沖擊，使程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、明了并提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度。
2 對(duì)“時(shí)間觸發(fā)編程模式”的改進(jìn)
根據(jù)多年嵌入式系統(tǒng)編程的經(jīng)驗(yàn)，通常嵌入系統(tǒng)的任務(wù)可以劃分成3種類(lèi)型：
①及時(shí)型任務(wù)。這類(lèi)任務(wù)是事件觸發(fā)型的，一旦事件發(fā)生，系統(tǒng)必須在限定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行響應(yīng)，對(duì)這類(lèi)任務(wù)，最自然的方法就是使用中斷來(lái)完成，即定義成“前后臺(tái)方式”中的后臺(tái)任務(wù)。
②周期型任務(wù)。這類(lèi)任務(wù)是時(shí)間觸發(fā)式周期型的，系統(tǒng)必須保證在指定的周期內(nèi)執(zhí)行任務(wù)，“時(shí)間觸發(fā)編程模式”可以很好地滿足這類(lèi)任務(wù)的需求。
③背景型任務(wù)。這類(lèi)任務(wù)是非實(shí)時(shí)型的，實(shí)時(shí)性不是非常重要，系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中可隨時(shí)中斷這類(lèi)任務(wù)以便執(zhí)行前兩類(lèi)任務(wù)，系統(tǒng)只要能充分利用資源盡最大可能快速完成這類(lèi)任務(wù)即可，這類(lèi)任務(wù)最適合定義成“前后臺(tái)方式”中的前臺(tái)任務(wù)。
根據(jù)以上任務(wù)分類(lèi)，對(duì)“時(shí)間觸發(fā)編程模式”的改進(jìn)可概括成以下需求：
◆任務(wù)分3類(lèi)，1類(lèi)任務(wù)優(yōu)先級(jí)最高，3類(lèi)任務(wù)優(yōu)先級(jí)最低；
◆高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)可中斷低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的執(zhí)行，同級(jí)的任務(wù)之間不可相互剝奪；
◆實(shí)際沒(méi)計(jì)中為提高系統(tǒng)的可預(yù)測(cè)性，應(yīng)盡量減少1類(lèi)任務(wù)的數(shù)量及1類(lèi)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間；
◆為降低系統(tǒng)資源的占用，系統(tǒng)不給任務(wù)劃分單獨(dú)的堆?？臻g。
以上改進(jìn)的本質(zhì)是設(shè)計(jì)3個(gè)優(yōu)先級(jí)的簡(jiǎn)單的任務(wù)調(diào)度機(jī)制，高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)可中斷低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)之間不能相互剝奪，該調(diào)度機(jī)制不為每個(gè)單獨(dú)的任務(wù)保存任務(wù)上下文和單獨(dú)的堆棧，這樣可以減少該編程模式對(duì)系統(tǒng)資源的需求。
可剝奪式RTOS中的一個(gè)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)中斷一個(gè)低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)時(shí)，會(huì)保存好低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的上下文并把該低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的局部變量保存在本任務(wù)單獨(dú)的堆棧中，如果系統(tǒng)不給任務(wù)分配單獨(dú)的堆棧，如何保證高優(yōu)先級(jí)任務(wù)退出后，低優(yōu)先級(jí)任務(wù)執(zhí)行環(huán)境的恢復(fù)呢?
對(duì)這個(gè)問(wèn)題，可以借鑒中斷的處理機(jī)制用以下辦法予以解決：
①在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一個(gè)定時(shí)中斷函數(shù)，該函數(shù)的功能就是執(zhí)行周期性任務(wù)的調(diào)度，該定時(shí)中斷在所有中斷中優(yōu)先級(jí)最低。
②在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)另一個(gè)定時(shí)中斷函數(shù)，該函數(shù)的功能是刷新周期型任務(wù)的任務(wù)管理隊(duì)列，為任務(wù)調(diào)度提供支持，本定時(shí)中斷函數(shù)的優(yōu)先級(jí)在系統(tǒng)中次低。
③周期型任務(wù)就是一個(gè)函數(shù)，該函數(shù)入口的第一個(gè)操作是開(kāi)中斷，允許任務(wù)執(zhí)行期間被中斷以便響應(yīng)及時(shí)型任務(wù)。
④背景型任務(wù)就是在主函數(shù)超級(jí)循環(huán)中執(zhí)行的代碼，該代碼可隨時(shí)被及時(shí)型和周期型任務(wù)中斷，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有及時(shí)型任務(wù)和周期型任務(wù)時(shí)才循環(huán)執(zhí)行背景型任務(wù)的代碼。 linux操作系統(tǒng)文章專(zhuān)題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）
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