μC/OS-Ⅱ在應(yīng)用系統(tǒng)中任務(wù)劃分方法的研究

在一些較復(fù)雜的嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中，個(gè)別任務(wù)代碼會包含繁瑣的計(jì)算算法，運(yùn)行時(shí)占用大量的CPU處理時(shí)間和資源，嚴(yán)重影響μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。對于這樣的任務(wù)，可將其按照不同的內(nèi)部功能劃分為多個(gè)模塊，每個(gè)模塊即為一個(gè)相對獨(dú)立的小任務(wù)，相互之間通過任務(wù)通信機(jī)制協(xié)調(diào)工作。由于需要占用CPU較多的處理時(shí)間，這些任務(wù)幾乎沒有實(shí)時(shí)性要求，所以通常將其優(yōu)先級設(shè)低，以確保強(qiáng)實(shí)時(shí)任務(wù)的正常運(yùn)行。

例如：當(dāng)前的μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)中有一任務(wù)在調(diào)度執(zhí)行時(shí)會占用較長時(shí)間，導(dǎo)致其運(yùn)行過程頻繁被強(qiáng)實(shí)時(shí)任務(wù)打斷，這樣CPU就需要“犧牲”大量時(shí)間和空間用于保存被打斷的任務(wù)現(xiàn)場，而整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性就會大大降低，執(zhí)行效率也大打折扣。該任務(wù)的描述如下：首先根據(jù)算法1處理數(shù)據(jù)X，其次利用算法2處理數(shù)據(jù)Y，最后將數(shù)據(jù)X和數(shù)據(jù)Y通過算法3得到數(shù)據(jù)Z。在這種情況下，應(yīng)將不同的算法處理部分劃分為獨(dú)立的子任務(wù)，并根據(jù)執(zhí)行順序逐次遞減任務(wù)優(yōu)先級。由于縮短了單個(gè)任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間，任務(wù)的響應(yīng)時(shí)間也隨之變短，整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性得到了提高。

3 應(yīng)用實(shí)例

作者在參與開發(fā)的一個(gè)項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中使用了μC/OS-Ⅱ進(jìn)行多任務(wù)的管理。該項(xiàng)目基于Freescale公司1994年推出的微處理器MC9S12NE64，主要功能要求網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過光敏傳感器采集工廠生產(chǎn)設(shè)備的多個(gè)狀態(tài)指示燈，以獲取當(dāng)前設(shè)備的工作狀態(tài)信息，隨后通過UDP包將信息發(fā)送至局域網(wǎng)中PC服務(wù)器處理。此外，技術(shù)人員還能夠通過串行通信方式對采集系統(tǒng)進(jìn)行測試和維護(hù)。該采集系統(tǒng)劃分的主要任務(wù)及其優(yōu)先級設(shè)定如表1所示。

生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)信息采集及處理任務(wù)優(yōu)先級最高，因?yàn)樵撊蝿?wù)屬于強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)，無法及時(shí)執(zhí)行會使采集系統(tǒng)處于癱瘓狀態(tài)。而同樣屬于實(shí)時(shí)任務(wù)的系統(tǒng)測試維護(hù)功能由于實(shí)時(shí)要求并不高，所以優(yōu)先級次之。

A/D模塊驅(qū)動(dòng)程序、網(wǎng)絡(luò)模塊通信程序、串口通信程序和FIASH模塊操作程序與各自硬件單元關(guān)系密切，故將它們劃分為獨(dú)立的硬件相關(guān)任務(wù)。

采集系統(tǒng)中耗時(shí)最多、處理最復(fù)雜的部分是局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)通信。由于受到芯片存儲空間的限制，作者并沒有移植現(xiàn)有源碼公開的TCP/IP協(xié)議棧，取而代之的是自主研發(fā)了簡易TCP/IP協(xié)議，并將該協(xié)議棧中每一層分割成為1個(gè)獨(dú)立的任務(wù)存在。

4 結(jié)語

μC/OS-Ⅱ是一個(gè)公開源碼、搶占式、多任務(wù)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，自1992年面世以來，已應(yīng)用于上百種產(chǎn)品。與一些商用嵌入式操作系統(tǒng)相比，它源代碼結(jié)構(gòu)清晰，易于移植和裁剪，具有很大的發(fā)展空間。本文在分析μC/OS-Ⅱ任務(wù)管理機(jī)制的基礎(chǔ)上，對μC/OS-Ⅱ的任務(wù)劃分進(jìn)行了初步探究，闡述了一些任務(wù)劃分的方法：“劃分與硬件模塊相關(guān)的任務(wù)”、“劃分強(qiáng)實(shí)時(shí)性任務(wù)”、“分割耗時(shí)較多的任務(wù)”。最后，結(jié)合開發(fā)實(shí)踐給出了基于μC/OS-Ⅱ應(yīng)用系統(tǒng)的任務(wù)劃分實(shí)例。