縮短μC/OS-II實(shí)時內(nèi)核中斷關(guān)閉時間的方法設(shè)計(jì)
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在實(shí)時操作系統(tǒng)中，由于是多任務(wù)的并發(fā)運(yùn)行，所以在進(jìn)入一些臨界區(qū)時為了保證多任務(wù)的正常運(yùn)行要關(guān)中斷。而最大關(guān)中斷時間是衡量一個實(shí)時操作系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)，因?yàn)橥獠康妮斎胍话愣际峭ㄟ^中斷方式來通知系統(tǒng)的，系統(tǒng)如果關(guān)中斷時間長，必然不能及時接收中斷，對中斷的及時處理就更談不上。
更重要的是，有些應(yīng)用場合對關(guān)中斷的時間有非常嚴(yán)格的要求。例如，在電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)裝置中，對電流A/D采樣時，為了保障對采樣值的正確處理，定時中斷的每一個周期時間都必須及時采樣。試想，如果定時器設(shè)置的周期時間到，定時器中斷產(chǎn)生，但恰恰這時系統(tǒng)處于關(guān)中斷時間，系統(tǒng)就不能及時進(jìn)行采樣;而當(dāng)關(guān)中斷時間過長，超過一定的值時，系統(tǒng)再來進(jìn)行采樣，依據(jù)此采樣值的計(jì)算結(jié)果就會出錯。所以，在這樣的場合中，一種實(shí)時操作系統(tǒng)的最大關(guān)中斷時間就成為該種實(shí)時操作系統(tǒng)能否成功運(yùn)用的最關(guān)鍵的因素。
筆者將以μC/OS-II實(shí)時內(nèi)核為例，通過對μC/OS-II的改進(jìn)，向讀者描述一種縮短實(shí)時操作系統(tǒng)中斷關(guān)閉時間的方法。之所以選擇μC/OS-II，一是因?yàn)樽x者容易獲得相關(guān)代碼，國內(nèi)很多讀者也對μC/OS-II有一定程度的了解;二是因?yàn)槠渥陨斫Y(jié)構(gòu)簡單，適合運(yùn)用于低檔嵌入式處理器，關(guān)中斷時間的問題更加突出。低檔嵌入式處理器的處理速度慢，在關(guān)中斷時間里處理相同的軟件代碼，花費(fèi)的時間更長，相對地延長了關(guān)中斷時間，這時盡量從軟件著手解決關(guān)中斷時間的問題。
1 系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)志法概述
μC/OS-II中在進(jìn)入臨界區(qū)之前為什么要關(guān)閉中斷?通過相關(guān)資料[1]的介紹和對μC/OS-II源代碼的理解，我們知道在μC/OS-II中一旦不關(guān)中斷就進(jìn)入臨界區(qū)。當(dāng)某一任務(wù)進(jìn)入臨界區(qū)時，若恰好發(fā)生中斷，那么這時有可能引起兩種對臨界區(qū)操作的沖突：①在中斷服務(wù)程序中要操作同一臨界區(qū);②因?yàn)橹袛嗟漠a(chǎn)生而引起任務(wù)的轉(zhuǎn)換，在新的任務(wù)中要操作同一臨界區(qū)。所以μC/OS-II中在進(jìn)入臨界區(qū)前要關(guān)閉中斷。
針對μC/OS-II關(guān)中斷機(jī)制的分析，考慮用一種系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)志法來解決這樣的臨界沖突。在μC/OS-II增加一個全局布爾變量來表示系統(tǒng)的狀態(tài)，稱為"系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)志"。
對于μC/OS-II中所有可以在中斷中出現(xiàn)又要對臨界區(qū)操作的函數(shù)，可以在進(jìn)入臨界區(qū)之前先查詢系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)志。如果目前系統(tǒng)沒有進(jìn)入臨界操作狀態(tài)，則首先將該標(biāo)志置位，表示系統(tǒng)進(jìn)入臨界操作狀態(tài)，然后該函數(shù)就可以操作臨界區(qū);而如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)已進(jìn)入臨界操作狀態(tài)，則將該函數(shù)對臨界區(qū)操作的部分單獨(dú)形成一個函數(shù)，放到一個系統(tǒng)循環(huán)函數(shù)數(shù)組里，等待系統(tǒng)任務(wù)調(diào)度時執(zhí)行。
對于μC/OS-II中所有不可能在中斷程序中出現(xiàn)而又要對臨界區(qū)操作的函數(shù)，因?yàn)楹瘮?shù)不在中斷中出現(xiàn)，所以函數(shù)開始時系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)志肯定不會在臨界操作狀態(tài)，因此可在函數(shù)操作臨界區(qū)時直接將系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)志置位，表示系統(tǒng)進(jìn)入臨界操作狀態(tài)，然后即可進(jìn)行臨界區(qū)的操作。
系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)志的復(fù)位在任務(wù)調(diào)度函數(shù)中執(zhí)行。當(dāng)然對系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)志的設(shè)置是要在關(guān)中斷的條件下執(zhí)行的，這應(yīng)該算是系統(tǒng)新的一個臨界區(qū)。
2 該方法的具體實(shí)現(xiàn)
下面以對μC/OS-II v2.61代碼的改進(jìn)為例，具體講解該方法的具體實(shí)現(xiàn)。
2.1 任務(wù)調(diào)度函數(shù)OS_Sched的修改
修改后的任務(wù)調(diào)度函數(shù)OS_Sched的偽代碼如下：
因?yàn)樵谌蝿?wù)調(diào)度函數(shù)OS_Sched中要執(zhí)行循環(huán)函數(shù)數(shù)組里的函數(shù)，同時還要對系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)志復(fù)位，退出系統(tǒng)臨界操作狀態(tài)，所以修改過的函數(shù)在遇到以下3種情況--該函數(shù)是在中斷里調(diào)用時、在任務(wù)調(diào)度鎖定時、當(dāng)前任務(wù)就是最高優(yōu)先級任務(wù)時，都將執(zhí)行系統(tǒng)循環(huán)函數(shù)數(shù)組里的函數(shù)，并將系統(tǒng)狀態(tài)標(biāo)志復(fù)位，而原任務(wù)調(diào)度函數(shù)在遇到以上3種情況時是直接返回的。
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