一種嵌入式基帶系統定時(shí)器裝置的研究

摘要：在TD—LTE多模基帶系統中，不同的網(wǎng)絡(luò )模式協(xié)議時(shí)間對定時(shí)器的要求有所不同。實(shí)時(shí)時(shí)延處理是通信協(xié)議的基本組成部分，直接體現協(xié)議的時(shí)序關(guān)系。而定時(shí)又是時(shí)延的核心內容，故定時(shí)器在通信協(xié)議的開(kāi)發(fā)中有著(zhù)至關(guān)重要的作用。本文描述了一種嵌入式系統定時(shí)器的實(shí)現方法，能有效地減少系統無(wú)效中斷次數，提高系統效率。
關(guān)鍵詞：基帶系統；嵌入式系統；定時(shí)器；系統效率

引言
在嵌入式系統中，通常都會(huì )采用實(shí)時(shí)操作系統，而實(shí)時(shí)操作系統依賴(lài)于系統時(shí)鐘進(jìn)行任務(wù)切換的控制。系統時(shí)鐘是特定的周期性中斷，系統時(shí)鐘的周期取決于不同的實(shí)時(shí)操作系統需求，通常嵌入式實(shí)時(shí)操作系統的系統時(shí)鐘周期為10～200 ms。系統時(shí)鐘使得內核可以將任務(wù)延時(shí)若干個(gè)系統時(shí)鐘周期，在當前任務(wù)等待事件發(fā)生時(shí)，提供等待超時(shí)依據。系統時(shí)鐘的周期越小，系統調度的時(shí)間精度越高，但由于每個(gè)系統周期都會(huì )產(chǎn)生中斷，因而帶來(lái)的系統額外開(kāi)銷(xiāo)越大。在本文中提出了一種嵌入式系統中定時(shí)器的實(shí)現方法，在能夠準確反映協(xié)議內容的前提下，減少無(wú)效中斷次數，解決多模系統下高效與高精度定時(shí)器沖突問(wèn)題，提高定時(shí)器的實(shí)現效率，從而提高整個(gè)系統的效率。

1 原始定時(shí)器方案
在不同的嵌入式系統中，不同的應用、事件可能存在不同的定時(shí)精度的要求，而嵌入式系統的定時(shí)精度取決于硬件定時(shí)器的精度，因此硬件定時(shí)器的精度必須能夠滿(mǎn)足嵌入式系統中最高的定時(shí)精度。對于TD—LTE／TD—SCDMA雙模基帶系統，TD—LTE協(xié)議棧事件需要1 ms級別的定時(shí)精度，而TD—SCDMA協(xié)議時(shí)間僅僅需要10ms級別的定時(shí)精度。
對于存在多種定時(shí)精度要求的嵌入式系統，目前的方案對定時(shí)器的實(shí)現方法是，采用一個(gè)能夠滿(mǎn)足系統最高定時(shí)精度要求的硬件定時(shí)器作為系統的基準定時(shí)器，以提供操作系統所需的系統時(shí)鐘和軟件定時(shí)器的時(shí)鐘源。這種實(shí)現方法能夠滿(mǎn)足大多數系統的定時(shí)器需求，但存在問(wèn)題。
由于作為基準定時(shí)器的硬件定時(shí)器需要一直處于啟動(dòng)狀態(tài)，基準定時(shí)器在每個(gè)最小時(shí)間片都會(huì )產(chǎn)生硬件定時(shí)中斷，在沒(méi)有高定時(shí)精度要求的軟件定時(shí)器激活的情況下，基準定時(shí)器會(huì )產(chǎn)生大量無(wú)效的中斷(當前的硬件定時(shí)器中斷超時(shí)處理中，若沒(méi)有軟件定時(shí)器超時(shí)，則系統判決
后，直接退出，不觸發(fā)任何軟件定時(shí)器中斷)。
在TD—LTE／TD—SCDMA雙?；鶐到y中，如果使用最小時(shí)間片為1 ms的硬件定時(shí)器作為基準定時(shí)器，與使用10 ms的硬件定時(shí)器作為基準定時(shí)器相比，單位時(shí)間內其基準定時(shí)器的硬件定時(shí)中斷次數增大了10倍；而在實(shí)際使用中發(fā)現，90％的硬件定時(shí)中斷是無(wú)效中斷，這些無(wú)效中斷浪費了大量的系統資源，降低了系統效率。

2 定時(shí)器優(yōu)化方案
本文提出了一種嵌入式系統定時(shí)器實(shí)現方法，在系統中設置一個(gè)主定時(shí)器及一個(gè)輔定時(shí)器，將主定時(shí)器作為系統的基準定時(shí)器。主定時(shí)器超時(shí)的時(shí)候，修改剩余超時(shí)時(shí)間長(cháng)度，并且剩余超時(shí)時(shí)間長(cháng)度不小于主定時(shí)器最小時(shí)間片的軟件定時(shí)器，剩余超時(shí)時(shí)間長(cháng)度；如果有軟件定時(shí)器剩余超時(shí)時(shí)間長(cháng)度小于主定時(shí)器最小時(shí)間片，且不為0，則啟動(dòng)輔定時(shí)器為該軟件定時(shí)器提供硬件定時(shí)。如果輔定時(shí)器超時(shí)，則修改剩余超時(shí)時(shí)間長(cháng)度小于主定時(shí)器最小時(shí)間片的軟件定時(shí)器剩余超時(shí)時(shí)間長(cháng)度；如果還有其他軟件定時(shí)器剩余超時(shí)時(shí)間長(cháng)度小于主定時(shí)器最小時(shí)間片且不為0，修改輔定時(shí)器定時(shí)長(cháng)度，否則關(guān)閉輔定時(shí)器。
2．1 定時(shí)器實(shí)現原理
系統時(shí)鐘的基準時(shí)鐘觸發(fā)是由嵌入式系統的硬件定時(shí)器提供的，硬件定時(shí)器同時(shí)還為嵌入式系統的軟件定時(shí)器提供時(shí)鐘源，操作系統可以創(chuàng )建多個(gè)軟件定時(shí)器，軟件定時(shí)器的最小時(shí)間片取決于硬件定時(shí)器的最小時(shí)間片(軟件定時(shí)器的超時(shí)時(shí)間長(cháng)度為硬件定時(shí)器最小時(shí)間片的整數倍)。操作系統可以在需要的時(shí)候執行軟件定時(shí)器的創(chuàng )建、打開(kāi)、關(guān)閉和刪除操作，為了方便實(shí)現，操作系統管理軟件定時(shí)器的一種方法是以軟件定時(shí)器鏈表的形式來(lái)管理軟件定時(shí)器。
軟件定時(shí)器鏈表中各軟件定時(shí)器根據剩余超時(shí)時(shí)間長(cháng)度順序排序，剩余超市時(shí)間長(cháng)度小的軟件定時(shí)器排在鏈表前面，剩余超時(shí)時(shí)間大的軟件定時(shí)器排在鏈表后面。硬件定時(shí)器每次超時(shí)時(shí)，都會(huì )對軟件定時(shí)器鏈表中的各個(gè)軟件定時(shí)器剩余超時(shí)時(shí)間長(cháng)度進(jìn)行修改(將軟件定時(shí)器剩余超時(shí)時(shí)間長(cháng)度減去本次硬件定時(shí)器超時(shí)時(shí)間長(cháng)度，作為該軟件定時(shí)器的剩余超時(shí)時(shí)間長(cháng)度)。
在本方案中，設置兩個(gè)定時(shí)器，即主定時(shí)器和輔定時(shí)器，并將主定時(shí)器作為系統的基準定時(shí)器。其中，主定時(shí)器是低精度硬件定時(shí)器，輔定時(shí)器為高精度硬件定時(shí)器；低精度硬件定時(shí)器用于管理系統所有軟定時(shí)器(包括高精度定時(shí)和低精度定時(shí))。高精度硬件定時(shí)器用于管理高精度定時(shí)裝置，并且主定時(shí)器的定時(shí)精度不低于實(shí)時(shí)操作系統的系統時(shí)鐘精度要求的硬件定時(shí)器，輔定時(shí)器的定時(shí)精度不低于嵌入式系統最高定時(shí)精度要求的硬件定時(shí)器。定時(shí)器原理如圖1所示。設置系統高精度時(shí)間片為T(mén)H(TieketHigh)，低精度時(shí)間片為T(mén)L(TicketLow)，具體描述如下：