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    WEST溫控器
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    英國歐陸溫控器實時多任務的研究

    2018-02-26

    英國歐陸溫控器實時多使命體系運用極端廣泛,簡直滲透到各行各業,體系分類也很雜亂。在嵌入式體系中,實時多使命機制是依托發動之后運轉的一段后臺使命辦理程序完結的。運用程序運轉在該辦理器程序之上。后臺依據各個使命的要求,進行資源辦理、音訊辦理、使命調度、反常處理等作業。其首要意圖是調度全部可利用的資源完結實時操控使命。
      
      實時體系主要有兩大類:軟實時體系和硬實時體系。軟實時體系的主旨是使各個使命運轉的越快越好,并不要求限制某一使命必須在多長時刻內完結。在硬實時體系中,各使命不只要履行無誤并且要做到準時。大多數實時體系都是二者的結合。關于一個雜亂使命體系,使命調度形式的選用是其體系架構的一個重點。無紙記載儀具有多層次的界面辦理和較高的實時呼應需求,由此選擇與之相適應的體系使命調度形式是勢在必行的。
      
      本論文歸納考慮了各使命呼應的實時性需求,對使命進行了創造性的調整,進而將軟實時體系和硬實時體系進行了有機的結合,規劃出為合理的使命調度形式。
      
      1、記載儀實時多使命的特色
      
      一般的實時多使命操作體系都比較巨大,關于由單片機(80C320)組成的實時體系是不適用的。因為單片機的運算才能和內存有限,要求實時操作體系具有簡略有用、高效牢靠的特性。就記載儀而言,其使命和功用是預知的,則內存和文件辦理體系可簡化,乃至撤銷[1]。因為使命對存儲器的要求是明確的,這樣就能夠運用固定和獨立的存儲區域分配計劃,無需經過OS來操控和分配。因而,實時多使命操作體系就能夠簡化為依據使命調度與時鐘中止辦理為中心的調度模塊。記載儀中的使命狀況有四種:運轉、安排妥當、等候、掛起,睡覺狀況并入等候,不再另加以區分。
      
      2、使命的區分、安排和調度
      
      2.1使命的區分
      
      在單片機實時多使命體系中,完結實時多使命機制的關鍵在于將體系功用合理地分解成各個使命模塊。區分使命的準則:功用相對獨立,并能與其他程序同時履行的程序區分為一個使命。但使命區分不能太細,否則將增加使命切換的體系開支,下降體系功率并影響體系呼應的實時性。文獻[2]指出,應盡量將關系密切的使命兼并,削減使命間的通訊。歸納考慮使命的實時性和履行時刻,記載儀的十個使命可分為三類:
      
      (1)高優先級使命:下位機上傳采樣值的處理,虛擬通道安排,報警處理。這類使命實時性要求高,履行時刻<0.1s,如采樣值處理使命,記載儀要保存采樣值作為歷史數據,保存過程中要加上時標,采樣值正確而時標過錯的記載是無效的。
      
      (2)低優先級使命:按鍵呼應、顯現、PID操控、流量積算。這類使命履行時刻<0.2s,使命實時性要求一般。如按鍵呼應使命,延遲0.5s是能夠容忍的。
      
      (3)后臺使命:存儲、打印、與辦理機(PC)通訊。這類使命的履行時刻>1s,對實時性的要求低。
      
      2.2使命的安排
      
      體系上電,初始化每個使命的固定使命棧,樹立使命行列狀況表和使命操控表(TCB),這兩張表是使命調度的依據。使命行列狀況表由高優先級、低優先級、后臺使命三張子表組成;使命操控表由使命首地址、狀況寄存器、使命局部變量三部分組成,數據結構見圖1。
      
      2.3依據音訊驅動機制的使命調度
      
      學習面向對象程序設計的思想,在記載儀程序中引入音訊概念,將使命的履行條件轉換為音訊,由音訊對相應的使命進行激活,并由使命調度模塊完結調度。音訊界說為:當某個事情(如中止或某使命完結)發作時,事情處理程序設置相應的標志,不同的標志代表不同的音訊。事情處理程序能夠是中止效勞程序,也能夠是履行后需設置的標志的使命,因而,記載儀中使命的調度是依據音訊機制來驅動的。音訊在多使命程序中的作用相當于橋梁,使使命間既彼此獨立又有機相關,使命之間不能直接調用,需憑借音訊,由使命調度模塊施行。
      
      中止效勞程序由中止音訊(標志)處理程序和中止使命處理程序兩部分組成,前者只是完結音訊(標志)處理就退出中止,而中止真正要完結的操作,是在使命調度模塊的協調下,由中止使命處理程序來完結。如按下顯現,則按鍵中止音訊處理程序只發生一個按鍵音訊(標志)就退出中止,而調度模塊依據按鍵音訊,調用按鍵中止使命處理程序獲取鍵值,并發生顯現音訊。調度模塊依據顯現音訊,調用顯現使命程序。
      
      3、實時多使命調度戰略
      
      多使命的體系,一般選用內核來辦理各個使命,也就是經過內核為每個使命分配CPU時刻,并擔任使命之間的通訊。依據使命的調度機制,能夠分為非占先式內核和占先式內核。前者要求每個使命能夠自動開釋CPU等資源,后者則支撐對當前使命的CPU運用權的掠奪,從而使更高優先級安排妥當使命得到CPU操控權進而履行。
      
      嵌入式體系選用何種調度戰略,一般要考慮三個要素:體系的處理才能,使命的數目,體系對呼應時刻和履行功率的要求。搶占式調度能改進高優先級使命的實時性,但體系開支較大;非搶占式調度剛好與搶占式相反。針對記載儀,提出搶占式和非搶占式的復合多使命調度戰略。記載儀的正常作業周期為1s,調度模塊的作業周期亦為1s,并將1s分為三個時段:0s-0.5s,0.5-0.8s,0.8s-1s,實時時鐘在0s,0.5s,0.8s各發生一次中止,將Time-flag別離設置為0,5,8,并將Attemper-flag置為0。使命調度程序框圖如圖2所示。
      
      在記錄儀一個作業周期(1s)內,復合調度戰略,答應高優先級使命三次搶占低優先級和后臺使命,而低優先級使命具有兩次搶占后臺使命的權利。因而,高優先級使命的呼應時刻t≤0.5s,低優先級使命的呼應時刻t≤0.7s。因為搶占的次數有限,所以使命切換開支不大,有利于進步體系功率。
      
      搶占式和非搶占式的復合多使命調度戰略已成功運用于某記載儀,達到了預期的方針。 

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