時(shí)間片調(diào)度在單片機(jī)中的運(yùn)用

要的事情。如何協(xié)調(diào)好各個(gè)事務(wù)之間的關(guān)系，并有條不紊的執(zhí)行各個(gè)事務(wù)，這就需要在編寫程序時(shí)采用合適的算法進(jìn)行處理。一般的方法就

是在單片機(jī)中移植操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)來管理各個(gè)事務(wù)。但由于系統(tǒng)要占用一定的內(nèi)部資源，這對(duì)本身資源非常有限的單片機(jī)來說是不現(xiàn)

實(shí)的。所以，很少在單片機(jī)中采用操作系統(tǒng)，而是采用時(shí)間片輪詢調(diào)度的方法進(jìn)行各任務(wù)的管理。

時(shí)間片輪詢調(diào)度是一種古老而又簡(jiǎn)單的算法，廣泛運(yùn)用于無操作系統(tǒng)的微處理器中。在系統(tǒng)中，每個(gè)進(jìn)程被分配一個(gè)時(shí)間段，稱作時(shí)間片，

即該進(jìn)程允許運(yùn)行的時(shí)間。如果在時(shí)間片結(jié)束時(shí)進(jìn)程還在運(yùn)行，則 CPU 將被剝奪并分配給另一個(gè)進(jìn)程。如果進(jìn)程在時(shí)間片結(jié)束前阻塞或結(jié)束

，則 CPU 當(dāng)即進(jìn)行切換。調(diào)度程序所要做的就是維護(hù)一張就緒進(jìn)程列表，當(dāng)進(jìn)程用完它的時(shí)間片后，它被移到隊(duì)列的末尾。

時(shí)間片輪詢調(diào)度中有趣的一點(diǎn)是如何確定時(shí)間片的長(zhǎng)度。從一個(gè)進(jìn)程切換到另一個(gè)進(jìn)程是需要一定時(shí)間的，因?yàn)橐４婧脱b入寄存器值及內(nèi)

存映像等保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的工作，更新各種表格和隊(duì)列等。假如進(jìn)程切換，有時(shí)稱為上下文切換，需要的時(shí)間為 5 毫秒，再假設(shè)時(shí)間片長(zhǎng)度設(shè)定為

20 毫秒，則在做完 20 毫秒有用的工作之后， CPU 將花費(fèi) 5 毫秒來進(jìn)行進(jìn)程切換。 CPU 時(shí)間的 20% 被浪費(fèi)在了管理開銷上。進(jìn)程切換時(shí)間一定的情

況下，如果時(shí)間片長(zhǎng)度設(shè)定的越小時(shí)，這種浪費(fèi)更明顯。所以，時(shí)間片長(zhǎng)度與 CPU 利用率是一對(duì)不可調(diào)和的矛盾，必須處理好它們之間的關(guān)

系。

為了提高 CPU 效率，我們可以將時(shí)間片長(zhǎng)度設(shè)得大一些，這時(shí)浪費(fèi)的時(shí)間只有就會(huì)相對(duì)減小。但在一個(gè)分時(shí)系統(tǒng)中，各個(gè)任務(wù)對(duì)時(shí)間片長(zhǎng)度

的要求是不一致的。例如在一個(gè)系統(tǒng)中，可能要求每秒鐘更新一下顯示內(nèi)容，每幾十毫秒要掃描一下按鍵，每幾毫秒要檢測(cè)一下串口緩沖區(qū)

等……可見，各個(gè)任務(wù)對(duì)時(shí)間的依賴程度是不一樣的。如果時(shí)間片設(shè)得太長(zhǎng)，某些對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的任務(wù)可能得不到執(zhí)行，使得系統(tǒng)的實(shí)時(shí)

性變差?？傊瑫r(shí)間片的設(shè)定應(yīng)滿足對(duì)實(shí)時(shí)性要求最高的那個(gè)任務(wù)，這樣才能確保每個(gè)任務(wù)都可以及時(shí)得到執(zhí)行而不被錯(cuò)過。

要在一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)時(shí)間片輪詢調(diào)度，需要依照以下的步驟 :

2 確定任務(wù)總數(shù)及各個(gè)任務(wù)實(shí)對(duì)時(shí)間實(shí)時(shí)性的要求

2 根據(jù)任務(wù)對(duì)時(shí)間的要求，確定時(shí)間片的長(zhǎng)度

2 估算執(zhí)行每個(gè)任務(wù)所花費(fèi)的時(shí)間，確保任務(wù)能夠在時(shí)間片的長(zhǎng)度內(nèi)執(zhí)行完畢

2 如果任務(wù)較大，時(shí)間片不足于讓任務(wù)執(zhí)行完，此時(shí)可細(xì)化該任務(wù)

在下面的代碼片段中，共有 4 個(gè)任務(wù)需要執(zhí)行，其中串口對(duì)實(shí)時(shí)性的要求最高。串口采用的波特率為 2400Baud ， 8 位數(shù)據(jù)，無校驗(yàn)， 1 個(gè)停止

位。所以傳輸 1 字節(jié)數(shù)據(jù)所需時(shí)間為： 4.17ms ，故將時(shí)間片長(zhǎng)度設(shè)定在 4ms 是合理的。單片機(jī)主機(jī)系統(tǒng)的時(shí)間片處理函數(shù)如下所示：

#pragma interrupt_handler timer1_ovf_isr:9

void timer1_ovf_isr(void)

{

//TIMER1 has overflowed

TCNT1H = 0xF0; //reload counter high value

TCNT1L = 0x60; //reload counter low value

TimeCount++;

if(TimeCount==50){TimeCount=0; CC1100_SendFlag=1;} // 無線收發(fā)任務(wù)處理標(biāo)志

TimeOver(); // 超時(shí)檢測(cè)函數(shù)

Alarm_Detect(); // 告警檢測(cè)函數(shù)

DealComFlag=1; // 串口任務(wù)處理標(biāo)志

}

在主函數(shù)中，根據(jù)標(biāo)志位調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后將標(biāo)志位清除，等到下一個(gè)時(shí)間片到來后再開始新一輪的數(shù)據(jù)處理。

int main(void)

{

if(CC1100_SendFlag==1) { ... ; CC1100_SendFlag=0; } // 無線收發(fā)任務(wù)處理標(biāo)志

if(DealComFlag==1){ ... ; DealComFlag=0; } // 串口任務(wù)處理標(biāo)志

......

}