基于DeltaOS的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　對(duì)于任何軟件來(lái)說(shuō)，可靠性都是至關(guān)重要的。軟件的可靠性在任務(wù)內(nèi)是容易做到，通常問(wèn)題都是出在任務(wù)間的接口之上。接口設(shè)計(jì)也關(guān)系到軟件可擴(kuò)展性能。在多任務(wù)操作系統(tǒng)中，任務(wù)間的接口是通過(guò)同步和通信機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此同步和通信機(jī)制必須認(rèn)真選取。

　　DeltaCORE提供了消息隊(duì)列(message queue)、信號(hào)量(semaphore)、異步信號(hào)(signal)、事件(event)這四種通信和同步機(jī)制。其中，消息隊(duì)列和事件機(jī)制可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)通信和同步，信號(hào)量機(jī)制可以實(shí)現(xiàn)同步和互斥，異步信號(hào)(又叫軟中斷機(jī)制)可以實(shí)現(xiàn)同步。

　　為了滿(mǎn)足系統(tǒng)通信和同步的需要，可以采用兩種方案：第一種方案是信號(hào)量等同步機(jī)制實(shí)現(xiàn)同步，用全局?jǐn)?shù)組或其他的共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)各任務(wù)間的通信，如圖5;另一種是采用消息隊(duì)列來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)通信和同步，如圖6。

　　對(duì)比兩種方案，各有優(yōu)缺點(diǎn)：方案一實(shí)時(shí)性強(qiáng)，但存在可重入性問(wèn)題;方案二實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單而且可靠，但是消息隊(duì)列機(jī)制通信的實(shí)時(shí)性相對(duì)較弱。本系統(tǒng)中出站信息的突發(fā)性強(qiáng)，如果采用方案一，則可能導(dǎo)致第二個(gè)通道的數(shù)據(jù)失效或者第一個(gè)通道的數(shù)據(jù)被覆蓋;如果采用方案二雖然數(shù)據(jù)的處理延時(shí)稍大，但是數(shù)據(jù)能夠完整存儲(chǔ)到消息隊(duì)列中不被損壞。此外，利用消息隊(duì)列為任務(wù)提供唯一的入口，能簡(jiǎn)化接口設(shè)計(jì)和方便功能擴(kuò)展。因此，本文采用消息隊(duì)列方案，其實(shí)現(xiàn)方法如下：

　　每個(gè)任務(wù)都對(duì)應(yīng)一個(gè)消息隊(duì)列，任務(wù)只處理與之相對(duì)應(yīng)的消息隊(duì)列中的消息。對(duì)于發(fā)送方(task1)，當(dāng)它需要將發(fā)送緩沖區(qū)buffer中的數(shù)據(jù)交給task2處理時(shí)，只須將buffer中的數(shù)據(jù)發(fā)送到與task2對(duì)應(yīng)的消息隊(duì)列Q2中就行了。

　　ret = delta_message_queue_send ( Queue_id[ 2 ], buffer, size );

　　其中Queue_id[2]為消息隊(duì)列Q2的ID，size為消息大小(單位字節(jié))。

　　對(duì)于接收方(task2)，將接收消息函數(shù)的等待時(shí)間參數(shù)設(shè)為永久等待，達(dá)到當(dāng)消息隊(duì)列為空時(shí)阻塞任務(wù)的目的。task2的代碼如下：

　　delta_task task1()

　　{

　　delta_status_code ret;

　　…… // 定義其他局部變量

　　while(1)

　　{

　　ret = delta_message_queue_receive(

　　Queue_id[ 2 ], /*消息隊(duì)列ID*/

　　RecBuff, /*指向接收緩沖區(qū)的指針*/

　　size,/*接收消息的尺寸(單位字節(jié))*/

　　DELTA_DEFAULT_OPTIONS, /*屬性集*/

　　DELTA_NO_TIMEOUT /*等待時(shí)間*/

　　);

　　…… //完成task1功能的代碼

　　}

　　}

　　通過(guò)這種方式，任務(wù)與任務(wù)之間、任務(wù)與中斷之間的通信和同步都得以實(shí)現(xiàn)。任務(wù)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換如圖7：

　　4 致命錯(cuò)誤的防止和解決

　　通常異常是由兩種情況引起的：一種是數(shù)組越界或使用指針不當(dāng);另一種是任務(wù)棧溢出。為避免以上情況發(fā)生，數(shù)組和任務(wù)棧的大小必須設(shè)置恰當(dāng)，修改數(shù)組元素的時(shí)候要保證下標(biāo)是在合法范圍內(nèi)的，使用指針要特別小心。不過(guò)，DeltaOS提供了異常處理機(jī)制，用戶(hù)可以編寫(xiě)自己的擴(kuò)展例程，當(dāng)出現(xiàn)致命錯(cuò)誤的時(shí)候?qū)嵭幸欢ǖ耐炀却胧?，比如?fù)位程序整個(gè)系統(tǒng)軟件或者重新起動(dòng)指定任務(wù)。

　　DeltaOS是一個(gè)強(qiáng)實(shí)時(shí)性的操作系統(tǒng)，通過(guò)優(yōu)化任務(wù)劃分、有效的利用中斷機(jī)制滿(mǎn)足了系統(tǒng)的強(qiáng)實(shí)時(shí)要求。利用本文提出的通信和同步方案，實(shí)現(xiàn)了任務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化接口，方便地進(jìn)行了多次功能擴(kuò)展，并且顯示了它可靠性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。