縮短μC/OS-II實時內核中斷關閉時間的方法設計
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在實時操作系統(tǒng)中，由于是多任務的并發(fā)運行，所以在進入一些臨界區(qū)時為了保證多任務的正常運行要關中斷。而最大關中斷時間是衡量一個實時操作系統(tǒng)性能的重要指標，因為外部的輸入一般都是通過中斷方式來通知系統(tǒng)的，系統(tǒng)如果關中斷時間長，必然不能及時接收中斷，對中斷的及時處理就更談不上。
更重要的是，有些應用場合對關中斷的時間有非常嚴格的要求。例如，在電力系統(tǒng)微機繼電保護裝置中，對電流A/D采樣時，為了保障對采樣值的正確處理，定時中斷的每一個周期時間都必須及時采樣。試想，如果定時器設置的周期時間到，定時器中斷產生，但恰恰這時系統(tǒng)處于關中斷時間，系統(tǒng)就不能及時進行采樣;而當關中斷時間過長，超過一定的值時，系統(tǒng)再來進行采樣，依據此采樣值的計算結果就會出錯。所以，在這樣的場合中，一種實時操作系統(tǒng)的最大關中斷時間就成為該種實時操作系統(tǒng)能否成功運用的最關鍵的因素。
筆者將以μC/OS-II實時內核為例，通過對μC/OS-II的改進，向讀者描述一種縮短實時操作系統(tǒng)中斷關閉時間的方法。之所以選擇μC/OS-II，一是因為讀者容易獲得相關代碼，國內很多讀者也對μC/OS-II有一定程度的了解;二是因為其自身結構簡單，適合運用于低檔嵌入式處理器，關中斷時間的問題更加突出。低檔嵌入式處理器的處理速度慢，在關中斷時間里處理相同的軟件代碼，花費的時間更長，相對地延長了關中斷時間，這時盡量從軟件著手解決關中斷時間的問題。
1 系統(tǒng)狀態(tài)標志法概述
μC/OS-II中在進入臨界區(qū)之前為什么要關閉中斷?通過相關資料[1]的介紹和對μC/OS-II源代碼的理解，我們知道在μC/OS-II中一旦不關中斷就進入臨界區(qū)。當某一任務進入臨界區(qū)時，若恰好發(fā)生中斷，那么這時有可能引起兩種對臨界區(qū)操作的沖突：①在中斷服務程序中要操作同一臨界區(qū);②因為中斷的產生而引起任務的轉換，在新的任務中要操作同一臨界區(qū)。所以μC/OS-II中在進入臨界區(qū)前要關閉中斷。
針對μC/OS-II關中斷機制的分析，考慮用一種系統(tǒng)狀態(tài)標志法來解決這樣的臨界沖突。在μC/OS-II增加一個全局布爾變量來表示系統(tǒng)的狀態(tài)，稱為"系統(tǒng)狀態(tài)標志"。
對于μC/OS-II中所有可以在中斷中出現又要對臨界區(qū)操作的函數，可以在進入臨界區(qū)之前先查詢系統(tǒng)狀態(tài)標志。如果目前系統(tǒng)沒有進入臨界操作狀態(tài)，則首先將該標志置位，表示系統(tǒng)進入臨界操作狀態(tài)，然后該函數就可以操作臨界區(qū);而如果發(fā)現系統(tǒng)已進入臨界操作狀態(tài)，則將該函數對臨界區(qū)操作的部分單獨形成一個函數，放到一個系統(tǒng)循環(huán)函數數組里，等待系統(tǒng)任務調度時執(zhí)行。
對于μC/OS-II中所有不可能在中斷程序中出現而又要對臨界區(qū)操作的函數，因為函數不在中斷中出現，所以函數開始時系統(tǒng)狀態(tài)標志肯定不會在臨界操作狀態(tài)，因此可在函數操作臨界區(qū)時直接將系統(tǒng)狀態(tài)標志置位，表示系統(tǒng)進入臨界操作狀態(tài)，然后即可進行臨界區(qū)的操作。
系統(tǒng)狀態(tài)標志的復位在任務調度函數中執(zhí)行。當然對系統(tǒng)狀態(tài)標志的設置是要在關中斷的條件下執(zhí)行的，這應該算是系統(tǒng)新的一個臨界區(qū)。
2 該方法的具體實現
下面以對μC/OS-II v2.61代碼的改進為例，具體講解該方法的具體實現。
2.1 任務調度函數OS_Sched的修改
修改后的任務調度函數OS_Sched的偽代碼如下：
因為在任務調度函數OS_Sched中要執(zhí)行循環(huán)函數數組里的函數，同時還要對系統(tǒng)狀態(tài)標志復位，退出系統(tǒng)臨界操作狀態(tài)，所以修改過的函數在遇到以下3種情況--該函數是在中斷里調用時、在任務調度鎖定時、當前任務就是最高優(yōu)先級任務時，都將執(zhí)行系統(tǒng)循環(huán)函數數組里的函數，并將系統(tǒng)狀態(tài)標志復位，而原任務調度函數在遇到以上3種情況時是直接返回的。
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