時(shí)間片調度在單片機中的運用

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

是在單片機中移植操作系統，由操作系統來(lái)管理各個(gè)事務(wù)。但由于系統要占用一定的內部資源，這對本身資源非常有限的單片機來(lái)說(shuō)是不現

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

時(shí)間片輪詢(xún)調度是一種古老而又簡(jiǎn)單的算法，廣泛運用于無(wú)操作系統的微處理器中。在系統中，每個(gè)進(jìn)程被分配一個(gè)時(shí)間段，稱(chēng)作時(shí)間片，

即該進(jìn)程允許運行的時(shí)間。如果在時(shí)間片結束時(shí)進(jìn)程還在運行，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)間片結束前阻塞或結束

，則 CPU 當即進(jìn)行切換。調度程序所要做的就是維護一張就緒進(jìn)程列表，當進(jìn)程用完它的時(shí)間片后，它被移到隊列的末尾。

時(shí)間片輪詢(xún)調度中有趣的一點(diǎn)是如何確定時(shí)間片的長(cháng)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，因為要保存和裝入寄存器值及內

存映像等保護現場(chǎng)的工作，更新各種表格和隊列等。假如進(jìn)程切換，有時(shí)稱(chēng)為上下文切換，需要的時(shí)間為 5 毫秒，再假設時(shí)間片長(cháng)度設定為

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

況下，如果時(shí)間片長(cháng)度設定的越小時(shí)，這種浪費更明顯。所以，時(shí)間片長(cháng)度與 CPU 利用率是一對不可調和的矛盾，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(cháng)度設得大一些，這時(shí)浪費的時(shí)間只有就會(huì )相對減小。但在一個(gè)分時(shí)系統中，各個(gè)任務(wù)對時(shí)間片長(cháng)度

的要求是不一致的。例如在一個(gè)系統中，可能要求每秒鐘更新一下顯示內容，每幾十毫秒要掃描一下按鍵，每幾毫秒要檢測一下串口緩沖區

等……可見(jiàn)，各個(gè)任務(wù)對時(shí)間的依賴(lài)程度是不一樣的。如果時(shí)間片設得太長(cháng)，某些對實(shí)時(shí)性要求高的任務(wù)可能得不到執行，使得系統的實(shí)時(shí)

性變差?？傊?，時(shí)間片的設定應滿(mǎn)足對實(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)得到執行而不被錯過(guò)。

要在一個(gè)單片機系統中實(shí)現時(shí)間片輪詢(xún)調度，需要依照以下的步驟 :

2 確定任務(wù)總數及各個(gè)任務(wù)實(shí)對時(shí)間實(shí)時(shí)性的要求

2 根據任務(wù)對時(shí)間的要求，確定時(shí)間片的長(cháng)度

2 估算執行每個(gè)任務(wù)所花費的時(shí)間，確保任務(wù)能夠在時(shí)間片的長(cháng)度內執行完畢

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

在下面的代碼片段中，共有 4 個(gè)任務(wù)需要執行，其中串口對實(shí)時(shí)性的要求最高。串口采用的波特率為 2400Baud ， 8 位數據，無(wú)校驗， 1 個(gè)停止

位。所以傳輸 1 字節數據所需時(shí)間為： 4.17ms ，故將時(shí)間片長(cháng)度設定在 4ms 是合理的。單片機主機系統的時(shí)間片處理函數如下所示：

#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(wú)線(xiàn)收發(fā)任務(wù)處理標志

TimeOver(); // 超時(shí)檢測函數

Alarm_Detect(); // 告警檢測函數

DealComFlag=1; // 串口任務(wù)處理標志

}

在主函數中，根據標志位調用相應的函數進(jìn)行數據處理，然后將標志位清除，等到下一個(gè)時(shí)間片到來(lái)后再開(kāi)始新一輪的數據處理。

int main(void)

{

if(CC1100_SendFlag==1) { ... ; CC1100_SendFlag=0; } // 無(wú)線(xiàn)收發(fā)任務(wù)處理標志

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

......

}