時(shí)間觸發(fā) 合作式調度器 編程模式

2 對“時(shí)間觸發(fā)編程模式”的改進(jìn)

根據多年嵌入式系統編程的經(jīng)驗，通常嵌入系統的任務(wù)可以劃分成3種類(lèi)型：

①及時(shí)型任務(wù)。這類(lèi)任務(wù)是事件觸發(fā)型的，一旦事件發(fā)生，系統必須在限定的時(shí)間內進(jìn)行響應，對這類(lèi)任務(wù)，最自然的方法就是使用中斷來(lái)完成，即定義成“前后臺方式”中的后臺任務(wù)。

②周期型任務(wù)。這類(lèi)任務(wù)是時(shí)間觸發(fā)式周期型的，系統必須保證在指定的周期內執行任務(wù)，“時(shí)間觸發(fā)編程模式”可以很好地滿(mǎn)足這類(lèi)任務(wù)的需求。

③背景型任務(wù)。這類(lèi)任務(wù)是非實(shí)時(shí)型的，實(shí)時(shí)性不是非常重要，系統在運行過(guò)程中可隨時(shí)中斷這類(lèi)任務(wù)以便執行前兩類(lèi)任務(wù)，系統只要能充分利用資源盡最大可能快速完成這類(lèi)任務(wù)即可，這類(lèi)任務(wù)最適合定義成“前后臺方式”中的前臺任務(wù)。

根據以上任務(wù)分類(lèi)，對“時(shí)間觸發(fā)編程模式”的改進(jìn)可概括成以下需求：

◆任務(wù)分3類(lèi)，1類(lèi)任務(wù)優(yōu)先級最高，3類(lèi)任務(wù)優(yōu)先級最低；
◆高優(yōu)先級的任務(wù)可中斷低優(yōu)先級任務(wù)的執行，同級的任務(wù)之間不可相互剝奪；
◆實(shí)際沒(méi)計中為提高系統的可預測性，應盡量減少1類(lèi)任務(wù)的數量及1類(lèi)任務(wù)的執行時(shí)間；
◆為降低系統資源的占用，系統不給任務(wù)劃分單獨的堆?？臻g。

以上改進(jìn)的本質(zhì)是設計3個(gè)優(yōu)先級的簡(jiǎn)單的任務(wù)調度機制，高優(yōu)先級的任務(wù)可中斷低優(yōu)先級的任務(wù)，同優(yōu)先級的任務(wù)之間不能相互剝奪，該調度機制不為每個(gè)單獨的任務(wù)保存任務(wù)上下文和單獨的堆棧，這樣可以減少該編程模式對系統資源的需求。

可剝奪式RTOS中的一個(gè)高優(yōu)先級任務(wù)中斷一個(gè)低優(yōu)先級的任務(wù)時(shí)，會(huì )保存好低優(yōu)先級任務(wù)的上下文并把該低優(yōu)先級任務(wù)的局部變量保存在本任務(wù)單獨的堆棧中，如果系統不給任務(wù)分配單獨的堆棧，如何保證高優(yōu)先級任務(wù)退出后，低優(yōu)先級任務(wù)執行環(huán)境的恢復呢?

對這個(gè)問(wèn)題，可以借鑒中斷的處理機制用以下辦法予以解決：

①在系統中設計一個(gè)定時(shí)中斷函數，該函數的功能就是執行周期性任務(wù)的調度，該定時(shí)中斷在所有中斷中優(yōu)先級最低。

②在系統中設計另一個(gè)定時(shí)中斷函數，該函數的功能是刷新周期型任務(wù)的任務(wù)管理隊列，為任務(wù)調度提供支持，本定時(shí)中斷函數的優(yōu)先級在系統中次低。

③周期型任務(wù)就是一個(gè)函數，該函數入口的第一個(gè)操作是開(kāi)中斷，允許任務(wù)執行期間被中斷以便響應及時(shí)型任務(wù)。

④背景型任務(wù)就是在主函數超級循環(huán)中執行的代碼，該代碼可隨時(shí)被及時(shí)型和周期型任務(wù)中斷，當系統沒(méi)有及時(shí)型任務(wù)和周期型任務(wù)時(shí)才循環(huán)執行背景型任務(wù)的代碼。

通過(guò)以上措施，“改進(jìn)型時(shí)間觸發(fā)編程模式”的程序結構如下：


結語(yǔ)

使用“改進(jìn)型時(shí)間觸發(fā)編程模式”進(jìn)行小型嵌入式系統編程，就像使用RTOS進(jìn)行編程一樣，設計者規劃好任務(wù)后，就可以專(zhuān)心于每個(gè)任務(wù)的設計，任務(wù)對處理器時(shí)間的占用可以由系統統一管理，減少任務(wù)之間的耦合，使產(chǎn)品的程序設計和改動(dòng)都變得簡(jiǎn)潔清楚。使用該編程模式很好地解決了譬裝式智能配電儀表所面臨的復雜的設計問(wèn)題，證明該方法簡(jiǎn)單有效。目前該設計模式僅僅設計了任務(wù)調度器，任務(wù)間的變量傳遞還需要使用全局變量，如果能加入信號量和消息機制，那么該模式將更加完善。