一種嵌入式基帶系統(tǒng)定時(shí)器裝置的研究

摘要：在TD—LTE多模基帶系統(tǒng)中，不同的網(wǎng)絡(luò)模式協(xié)議時(shí)間對(duì)定時(shí)器的要求有所不同。實(shí)時(shí)時(shí)延處理是通信協(xié)議的基本組成部分，直接體現(xiàn)協(xié)議的時(shí)序關(guān)系。而定時(shí)又是時(shí)延的核心內(nèi)容，故定時(shí)器在通信協(xié)議的開發(fā)中有著至關(guān)重要的作用。本文描述了一種嵌入式系統(tǒng)定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)方法，能有效地減少系統(tǒng)無(wú)效中斷次數(shù)，提高系統(tǒng)效率。
關(guān)鍵詞：基帶系統(tǒng)；嵌入式系統(tǒng)；定時(shí)器；系統(tǒng)效率

引言
在嵌入式系統(tǒng)中，通常都會(huì)采用實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，而實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)依賴于系統(tǒng)時(shí)鐘進(jìn)行任務(wù)切換的控制。系統(tǒng)時(shí)鐘是特定的周期性中斷，系統(tǒng)時(shí)鐘的周期取決于不同的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)需求，通常嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘周期為10～200 ms。系統(tǒng)時(shí)鐘使得內(nèi)核可以將任務(wù)延時(shí)若干個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，在當(dāng)前任務(wù)等待事件發(fā)生時(shí)，提供等待超時(shí)依據(jù)。系統(tǒng)時(shí)鐘的周期越小，系統(tǒng)調(diào)度的時(shí)間精度越高，但由于每個(gè)系統(tǒng)周期都會(huì)產(chǎn)生中斷，因而帶來(lái)的系統(tǒng)額外開銷越大。在本文中提出了一種嵌入式系統(tǒng)中定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)方法，在能夠準(zhǔn)確反映協(xié)議內(nèi)容的前提下，減少無(wú)效中斷次數(shù)，解決多模系統(tǒng)下高效與高精度定時(shí)器沖突問題，提高定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)效率，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的效率。

1 原始定時(shí)器方案
在不同的嵌入式系統(tǒng)中，不同的應(yīng)用、事件可能存在不同的定時(shí)精度的要求，而嵌入式系統(tǒng)的定時(shí)精度取決于硬件定時(shí)器的精度，因此硬件定時(shí)器的精度必須能夠滿足嵌入式系統(tǒng)中最高的定時(shí)精度。對(duì)于TD—LTE／TD—SCDMA雙模基帶系統(tǒng)，TD—LTE協(xié)議棧事件需要1 ms級(jí)別的定時(shí)精度，而TD—SCDMA協(xié)議時(shí)間僅僅需要10ms級(jí)別的定時(shí)精度。
對(duì)于存在多種定時(shí)精度要求的嵌入式系統(tǒng)，目前的方案對(duì)定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)方法是，采用一個(gè)能夠滿足系統(tǒng)最高定時(shí)精度要求的硬件定時(shí)器作為系統(tǒng)的基準(zhǔn)定時(shí)器，以提供操作系統(tǒng)所需的系統(tǒng)時(shí)鐘和軟件定時(shí)器的時(shí)鐘源。這種實(shí)現(xiàn)方法能夠滿足大多數(shù)系統(tǒng)的定時(shí)器需求，但存在問題。
由于作為基準(zhǔn)定時(shí)器的硬件定時(shí)器需要一直處于啟動(dòng)狀態(tài)，基準(zhǔn)定時(shí)器在每個(gè)最小時(shí)間片都會(huì)產(chǎn)生硬件定時(shí)中斷，在沒有高定時(shí)精度要求的軟件定時(shí)器激活的情況下，基準(zhǔn)定時(shí)器會(huì)產(chǎn)生大量無(wú)效的中斷(當(dāng)前的硬件定時(shí)器中斷超時(shí)處理中，若沒有軟件定時(shí)器超時(shí)，則系統(tǒng)判決
后，直接退出，不觸發(fā)任何軟件定時(shí)器中斷)。
在TD—LTE／TD—SCDMA雙?；鶐到y(tǒng)中，如果使用最小時(shí)間片為1 ms的硬件定時(shí)器作為基準(zhǔn)定時(shí)器，與使用10 ms的硬件定時(shí)器作為基準(zhǔn)定時(shí)器相比，單位時(shí)間內(nèi)其基準(zhǔn)定時(shí)器的硬件定時(shí)中斷次數(shù)增大了10倍；而在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，90％的硬件定時(shí)中斷是無(wú)效中斷，這些無(wú)效中斷浪費(fèi)了大量的系統(tǒng)資源，降低了系統(tǒng)效率。

2 定時(shí)器優(yōu)化方案
本文提出了一種嵌入式系統(tǒng)定時(shí)器實(shí)現(xiàn)方法，在系統(tǒng)中設(shè)置一個(gè)主定時(shí)器及一個(gè)輔定時(shí)器，將主定時(shí)器作為系統(tǒng)的基準(zhǔn)定時(shí)器。主定時(shí)器超時(shí)的時(shí)候，修改剩余超時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度，并且剩余超時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度不小于主定時(shí)器最小時(shí)間片的軟件定時(shí)器，剩余超時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度；如果有軟件定時(shí)器剩余超時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度小于主定時(shí)器最小時(shí)間片，且不為0，則啟動(dòng)輔定時(shí)器為該軟件定時(shí)器提供硬件定時(shí)。如果輔定時(shí)器超時(shí)，則修改剩余超時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度小于主定時(shí)器最小時(shí)間片的軟件定時(shí)器剩余超時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度；如果還有其他軟件定時(shí)器剩余超時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度小于主定時(shí)器最小時(shí)間片且不為0，修改輔定時(shí)器定時(shí)長(zhǎng)度，否則關(guān)閉輔定時(shí)器。
2．1 定時(shí)器實(shí)現(xiàn)原理
系統(tǒng)時(shí)鐘的基準(zhǔn)時(shí)鐘觸發(fā)是由嵌入式系統(tǒng)的硬件定時(shí)器提供的，硬件定時(shí)器同時(shí)還為嵌入式系統(tǒng)的軟件定時(shí)器提供時(shí)鐘源，操作系統(tǒng)可以創(chuàng)建多個(gè)軟件定時(shí)器，軟件定時(shí)器的最小時(shí)間片取決于硬件定時(shí)器的最小時(shí)間片(軟件定時(shí)器的超時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度為硬件定時(shí)器最小時(shí)間片的整數(shù)倍)。操作系統(tǒng)可以在需要的時(shí)候執(zhí)行軟件定時(shí)器的創(chuàng)建、打開、關(guān)閉和刪除操作，為了方便實(shí)現(xiàn)，操作系統(tǒng)管理軟件定時(shí)器的一種方法是以軟件定時(shí)器鏈表的形式來(lái)管理軟件定時(shí)器。
軟件定時(shí)器鏈表中各軟件定時(shí)器根據(jù)剩余超時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度順序排序，剩余超市時(shí)間長(zhǎng)度小的軟件定時(shí)器排在鏈表前面，剩余超時(shí)時(shí)間大的軟件定時(shí)器排在鏈表后面。硬件定時(shí)器每次超時(shí)時(shí)，都會(huì)對(duì)軟件定時(shí)器鏈表中的各個(gè)軟件定時(shí)器剩余超時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度進(jìn)行修改(將軟件定時(shí)器剩余超時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度減去本次硬件定時(shí)器超時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度，作為該軟件定時(shí)器的剩余超時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度)。
在本方案中，設(shè)置兩個(gè)定時(shí)器，即主定時(shí)器和輔定時(shí)器，并將主定時(shí)器作為系統(tǒng)的基準(zhǔn)定時(shí)器。其中，主定時(shí)器是低精度硬件定時(shí)器，輔定時(shí)器為高精度硬件定時(shí)器；低精度硬件定時(shí)器用于管理系統(tǒng)所有軟定時(shí)器(包括高精度定時(shí)和低精度定時(shí))。高精度硬件定時(shí)器用于管理高精度定時(shí)裝置，并且主定時(shí)器的定時(shí)精度不低于實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)鐘精度要求的硬件定時(shí)器，輔定時(shí)器的定時(shí)精度不低于嵌入式系統(tǒng)最高定時(shí)精度要求的硬件定時(shí)器。定時(shí)器原理如圖1所示。設(shè)置系統(tǒng)高精度時(shí)間片為TH(TieketHigh)，低精度時(shí)間片為TL(TicketLow)，具體描述如下：