VxWorks幾種常用的延時方法介紹

　　嵌入式系統(tǒng)中，一個任務(wù)往往需要在特定的延時之后執(zhí)行一個指定的動作，比如等待外設(shè)以確保數(shù)據(jù)可靠，控制揚聲器發(fā)聲時間以及串口通信超時重發(fā)等。這就需要利用定時器機制來計量特定長度的時間段。VnWorks作為實時嵌入式系統(tǒng)，提供多樣的定時接口函數(shù)。下面列舉一些常用的定時方式，并說明其注意事項。

　　1 taskDelav

　　taskDelay(n)使調(diào)用該函數(shù)的任務(wù)延時n個tick(內(nèi)核時鐘周期)。該任務(wù)在指定的時間內(nèi)主動放棄CPU，除了taskDelay(0)專用于任務(wù)調(diào)度(將CPU交給同一優(yōu)先級的其他任務(wù))外，任務(wù)延時也常用于等待某一外部事件，作為一種定時／延時機制。在沒有中斷觸發(fā)時，taskDelay能很方便地實現(xiàn)，且不影響系統(tǒng)整體性能。例如寫數(shù)據(jù)至EEPROM，EEPROM需要一個內(nèi)部擦除時間(最大擦除時間為lOms)。以下所提及的一個tick都假設(shè)為16．67 ms(1／60 s)?？梢院唵蔚卣{(diào)用taskDelay(2)來保證數(shù)據(jù)擦寫完成。按理說taskDelay(1)就足以保證，為什么需要taskDelay(2)呢?

　　這正是taskDelay使用的一個缺陷，使用時需要注意。taskDelay(n)表示任務(wù)延時至第n個系統(tǒng)時鐘到來的時刻，如圖1所示。如果在A時刻調(diào)用taskDelay(1)僅延時5 ms，則在B時刻taskDelay(1)就剛好是一個tick周期?？梢娦枰?0 ms的延時就必須調(diào)用taskDelay(2)才能實現(xiàn)。taskDelay有接近一1個tick的誤差存在，taskDelay(n)實際上是延時(n-1)tick～n tick的時間。延時精度為l／n，延時1s就是taskDelay(60)的誤差極限為1．6％，而taskDelay(1)的誤差極限將是100％。



　　使用taskDelay需注意的另外一點是：即使經(jīng)過n個tick，調(diào)用延時的任務(wù)也不保證返回執(zhí)行狀態(tài)，可能有更高或相同優(yōu)先級的任務(wù)占用了CPU。

　　2 WatchDog

　　VxWorks提供了一種通用的看門狗定時器機制。利用提供的函數(shù)，任何任務(wù)都可以創(chuàng)建一個看門狗定時器，經(jīng)過指定的延時后，實現(xiàn)在系統(tǒng)時鐘ISR的上下文中運行指定的程序。需要注意的是，看門狗定時觸發(fā)的程序是在中斷級別上執(zhí)行，而不是在任務(wù)的上下文中。因此，看門狗定時掛接的程序編寫有一定的限制，這個限制條件與中斷服務(wù)程序的約束是一樣的。比如，不能使用獲取信號量的語句，以及像printf()這樣的I／O系統(tǒng)函數(shù)。

　　通過wdCreate()可以創(chuàng)建一個看門狗定時器。調(diào)用wdStart()啟動定時器，延時參數(shù)同taskDelay一樣以tick為單位，同時還須指定定時完成后要調(diào)用的程序。如果應(yīng)用程序同時需要多個看門狗函數(shù)，則應(yīng)使用wdCreate()產(chǎn)生多個獨立的看門狗ID。因為對于給定的看門狗ID，通過wdStart()只能關(guān)聯(lián)一個看門狗函數(shù)。在指定的tick計數(shù)到達之前，要取消一個看門狗計時器，可以通過調(diào)用wdCancel()實現(xiàn)。每調(diào)用一次wdStart()，看門狗定時器只執(zhí)行一次，因此對于一些要求周期性執(zhí)行的應(yīng)用程序，要獲得該效果，則定時器函數(shù)本身必須通過遞歸調(diào)用wdStart()來重新啟動定時器。

　　如果利用看門狗定時器實現(xiàn)延時，則存在與taskDelay一樣的精度上的缺陷，以tick為基準．并且看門狗關(guān)聯(lián)的函數(shù)所受的限制很大，這也是使用不便的一個方面。不過啟動看門狗的任務(wù)不會被阻塞，因為wdStart()調(diào)用立即返回并繼續(xù)執(zhí)行。

　　3 sleep／nanosleep

　　sleep()和nanosleep()是VxWorks提供的延時函數(shù)接口。sleep以s為單位，nanosleep可以提供更精確的延時；傳參是時鐘的結(jié)構(gòu)體，參數(shù)可以精確到ns，但實際上只能做到大于或等于這個時問。因為skep或nanosleep函數(shù)延時的時間基準仍是tick，調(diào)用此函數(shù)的任務(wù)處于任務(wù)延時狀態(tài)，這點與taskDelay()一致。不同的地方是，taskDelay()是用于任務(wù)調(diào)度，taskDelay(O)有其自身的含義，而sleep(O)則是沒有意義的。前面提過，taskDelay(n)延時時間為(n-1)tick～ntick，而sleep／nanosleep則保證實際延時時間大于或等于設(shè)定的時間參數(shù)。這一點可以通過編寫一個測試程序試驗證明。代碼如下：


　　4 高精度時鐘sysTimeStamp

　　sysTimeStamp()也稱“時間戳”。是通過系統(tǒng)時鐘實現(xiàn)的。剛開始也覺得費解，系統(tǒng)時鐘的定時周期就是tick，怎么實現(xiàn)高精度時鐘呢?通過讀BSP底層代碼發(fā)現(xiàn)，sysTimeStamp其實是通過讀取該定時器的當前計數(shù)值來獲取高精度定時的。通過sysTimestampFreq()函數(shù)可以得到系統(tǒng)時間戳的頻率，它往往反映的是CPU定時器的基準頻率。當然，如此高的分辨率只能是一個理想值，不同的系統(tǒng)不一定都能實現(xiàn)。畢竟該時間戳的實現(xiàn)方式有一個致命的弱點：通過查詢方式。系統(tǒng)時鐘定時中斷是以ticb：為單位的，進一步提高分辨率讀取定時器計數(shù)值(CPU的一個特殊功能寄存器)，只能是查詢方式實現(xiàn)。代碼示例如下：




　　這種定時方式比較占用系統(tǒng)資源，且只適用于短時間的定時，但是實現(xiàn)方便。為確保定時準確，應(yīng)在鎖定中斷情況下調(diào)用sysTimestamp；否則，應(yīng)考慮使用sysTimes-tampLock函數(shù)。

　　5 輔助時鐘

　　輔助時鐘是利用目標板上CPU的另一個定時器(除了系統(tǒng)時鐘之外)中斷實現(xiàn)的。它可以靈活配置實現(xiàn)高分辨率的定時，而且容易實現(xiàn)ms級甚至μs級定時。VxWorks提供了一系列與系統(tǒng)時鐘相同的操作接口，用戶可以方便地掛接自己的中斷處理函數(shù)，時鐘分辨率的高低取決于硬件定時器的精度和用戶中斷函數(shù)的長短。要將輔助時鐘作為精確的延時機制(如ms級延時)，可以通過這種方式實現(xiàn)。初始化程序先調(diào)用SysAuxClkRateSet()函數(shù)設(shè)置輔助時鐘中斷周期為1ms(一般在contig．h文件中AUX_CLK_RATE_MIN和AUX_CLK_RATE_MAX之間，對中斷頻率作了限定，如果需要可以對此宏定義修改)，再通過ysAuxClkConneet()?將用戶處理函數(shù)連接到輔助時鐘中斷上，用戶處理函數(shù)可以為SemGive(semTimer)釋放一個同步信號量。編寫一個msDelay(intms)作為其他任務(wù)調(diào)用接口，函數(shù)代碼如下：



　　這種方式能實現(xiàn)十分精確的定時，調(diào)用延時的任務(wù)處于任務(wù)阻塞狀態(tài)。但是使用上仍存在缺陷，不能實現(xiàn)多個任務(wù)同時調(diào)用，且需要CPU的一個時鐘資源，如果沒有多余的時鐘，那么這一方法就不能實現(xiàn)。

　　另外還需要注意一點：Tornado的調(diào)試工具Browser一>SpyChart的實現(xiàn)原理是利用輔助定時器產(chǎn)生中斷，并記錄當前被中斷的任務(wù)，由抽樣數(shù)據(jù)反映各任務(wù)CPU占用率的情況。因此如果調(diào)試程序中使用了輔助定時器，那么使用Spy Chart時定時處理函數(shù)會被重新掛接，原有定時掛接的程序?qū)⒌貌坏竭M行。反之，如果在Spy Chart運行之后掛接輔助定時處理函數(shù)，那么Spy Chart的運行將出現(xiàn)問題。實驗發(fā)現(xiàn)，運行Spy Chart后重新掛接輔助定時處理函數(shù)，Spy Chart即使選中自動刷新，各任務(wù)狀態(tài)也不會更新，如圖2所示。



　　VxWorks提供的定時接口(不一定專門用于定時，也可間接實現(xiàn))遠不只這些。具體使用哪種方式，應(yīng)根據(jù)其精度、資源狀態(tài)和優(yōu)先級要求而定。