μC/OSII中軟件定時(shí)器的優(yōu)缺點(diǎn)與改進(jìn)

μC/OSII具有小巧、性能穩定、開(kāi)源等眾多優(yōu)點(diǎn)，并且μC/OSII大部分用ANSI C語(yǔ)言編寫(xiě)，系統的移植非常容易。在μC/OSII I2.81及以后的版本中[2]，加入了對軟件定時(shí)器的支持，使得μC/OSII操作系統更加完善。

　　μC/OSII是一種基于優(yōu)先級的搶占式操作系統，實(shí)時(shí)性很強。而系統中軟件定時(shí)器沒(méi)有優(yōu)先級，回調函數順序執行，這樣就降低了系統的實(shí)時(shí)性。因此，本文對軟件定時(shí)器進(jìn)行改進(jìn)，定時(shí)器中加入優(yōu)先級，回調函數按優(yōu)先級執行，從而提高系統的實(shí)時(shí)性。

　　1 對軟件定時(shí)器的介紹

　　μC/OSII系統中的時(shí)間管理功能包括任務(wù)延時(shí)與軟件定時(shí)器，而軟件定時(shí)器的主要作用是，對函數周期性或者一次性執行的定時(shí)，利用軟件定時(shí)器控制塊與“定時(shí)器輪”管理軟件定時(shí)器。定時(shí)器控制塊的結構如同任務(wù)控制塊，創(chuàng )建一個(gè)定時(shí)器時(shí)，從空閑定時(shí)器控制塊鏈表中得到一個(gè)空閑控制塊，并對其賦值。

　　軟件定時(shí)器也需要一個(gè)時(shí)鐘節拍驅動(dòng)，而這個(gè)驅動(dòng)一般是硬件實(shí)現的，一般使用μC/OSII操作系統中任務(wù)延時(shí)的時(shí)鐘節拍來(lái)驅動(dòng)軟件定時(shí)器。每個(gè)時(shí)鐘節拍OSTmrCtr（全局變量，初始值為0）增1， 當OSTmrCtr的值等于為OS_TICKS_PER_SEC /OS_TMR_CFG_TICKS_PER_SEC（此兩者的商決定軟件定時(shí)器的頻率）時(shí)，調用函數OSTmrSignal（），此函數發(fā)送信號量OSTmrSemSignal（初始值為0，決定軟件定時(shí)器掃描任務(wù)OSTmr_Task的運行）。也就是說(shuō)，對定時(shí)器的處理不在時(shí)鐘節拍中斷函數中進(jìn)行，而是以發(fā)生信號量的方式激活任務(wù)OSTmr_Task（具有很高的優(yōu)先級）。任務(wù)OSTmr_Task對定時(shí)器進(jìn)行檢測處理，包括定時(shí)器定時(shí)完成的判斷、回調函數的執行。

　　μC/OSII 2.86中與軟件定時(shí)器相關(guān)的函數包括：

　?、?軟件定時(shí)器內部靜態(tài)函數。獲取與釋放定時(shí)器控制塊函數OSTmr_Alloc（）、OSTmr_Free（）；定時(shí)器插入相應“時(shí)間輪”組函數OSTmr_Link（）；從相應“時(shí)間輪”組中刪除定時(shí)器函數OSTmr_Unlink（）；軟件定時(shí)器任務(wù)初始化函數OSTmr_InitTask（）；定時(shí)器掃描任務(wù)OSTmr_Task；定時(shí)器上鎖與解鎖函數OSTmr_Lock（）與OSTmr_Unlock（）（在μC/OSII 2.91中，此兩函數被任務(wù)調度鎖定與解鎖函數代替）。

　?、?定時(shí)器外部接口函數。定時(shí)器創(chuàng )建與刪除函數OSTmrCreate（）、OSTmrDel（）；定時(shí)器啟動(dòng)與停止函數OSTmrStart（）、OSTmrStop（）；定時(shí)器剩余時(shí)間與當前狀態(tài)查詢(xún)函數OSTmrRemainGet（）、OSTmrStateGet（）；軟件定時(shí)器的初始化OSTmr_Init（）；發(fā)送信號量OSTmrSemSignal函數OSTmrSignal（）；定時(shí)器名稱(chēng)查詢(xún)函數OSTmrNameGet（）。

　　由于軟件定時(shí)器的回調函數的執行都是在任務(wù)OSTmr_Task中執行，如果多個(gè)定時(shí)器同時(shí)定時(shí)完成，則在定時(shí)器任務(wù)中執行多個(gè)定時(shí)器的回調函數，因此定時(shí)器任務(wù)的執行時(shí)間不確定。而且定時(shí)器回調函數是順序執行的，如果某個(gè)定時(shí)器回調函數需要盡快執行以實(shí)現精確定時(shí)，就難以實(shí)現了。由于各個(gè)定時(shí)器沒(méi)有優(yōu)先級，因此了影響系統的實(shí)時(shí)性。

　　2 對軟件定時(shí)器的改進(jìn)

　　為提高軟件定時(shí)器回調函數執行的實(shí)時(shí)性，給每個(gè)定時(shí)器賦予一個(gè)優(yōu)先級。當定時(shí)完成時(shí)，并且定時(shí)器的回調函數不為空，則把定時(shí)器的優(yōu)先級寫(xiě)于軟件定時(shí)器就緒表中。任務(wù)OSTmr_Task對相應“時(shí)間輪”檢查結束后，如果在掃描各個(gè)定時(shí)器前軟件定時(shí)器就緒表為零而掃描之后不為零，則發(fā)送信號量激活回調函數任務(wù)OSTmr_TaskCallback。在此任務(wù)中，回調函數根據軟件定時(shí)器就緒表中的優(yōu)先級執行相應的回調函數，這樣就提高了系統的實(shí)時(shí)性。

　　2.1 對軟件定時(shí)器相關(guān)數據結構改進(jìn)

　?、?定義結構體OS_TMR_CALL，存儲定時(shí)器的回調函數、函數的參數、定時(shí)器指針，形式如下：

　　typedefstructos_tmr_call {

　　OS_TMR_CALLBACKOSTmrCallback; /*回調函數*/

　　void *OSTmrCallbackArg;/*回調函數指針*/

　　OS_TMR *OSTmr; /*定時(shí)器指針*/

　　} OS_TMR_CALL;

　　在頭文件ucos_ii.h中，定義OSTmrCallbackTbl[OS_TMR_CFG_MAX]，OS_TMR_CFG_MAX表示系統中配置的軟件定時(shí)器數量。

　?、?在軟件定時(shí)器控制塊中加入成員變量OSTmrPrio（定時(shí)器優(yōu)先級），刪去變量OSTmrCallback（回調函數）、OSTmrCallbackArg（回調函數參數），為了測試的方便，可暫不刪除這兩個(gè)變量。

　?、?定義定時(shí)器就緒表：

　　INT8UOSTmrRdyGrp；

　　INT8UOSTmrRdyTbl[OS_TMR_CFG_MAX/8 + 1]；

　　當定時(shí)器定時(shí)完成時(shí)，把定時(shí)器優(yōu)先級寫(xiě)入就緒表，回調函數任務(wù)根據優(yōu)先級執行回調函數。

　?、?定義信號量OSTmrSemCallback（初始值0 ），當定時(shí)完成后，發(fā)送此信號量，激活回調函數任務(wù)，以執行回調函數。