VxWorks下的異步通用定時(shí)器設(shè)計(jì)

1 概 述
VxWorks是WindRiver公司開發(fā)的高性能實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核。在應(yīng)用軟件開發(fā)過程中經(jīng)常會(huì)用到定時(shí)器。VxWorks下要實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能有2個(gè)途徑：一，借助taskDelay函數(shù)實(shí)現(xiàn)；二，使用VxWorks提供的看門狗(watchdog)。使用taskDelay函數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)器的缺點(diǎn)在于它是基于任務(wù)的，任務(wù)優(yōu)先級會(huì)導(dǎo)致定時(shí)不準(zhǔn)。看門狗基于系統(tǒng)時(shí)鐘中斷，定時(shí)精度大大優(yōu)于前者，但是對用戶的回調(diào)函數(shù)有諸多限制(如不允許使用semTake、printf等需要等待獲取某種資源的函數(shù)，否則會(huì)引起死機(jī))。另外，看門狗只觸發(fā)一次回調(diào)函數(shù)，如果用戶需要周期定時(shí)器就需要重新啟動(dòng)看門狗。
本文設(shè)計(jì)了基于看門狗機(jī)制的異步通用定時(shí)器，并根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)了周期性定時(shí)和一次性定時(shí)兩種定時(shí)器。異步是指定時(shí)器運(yùn)行于任務(wù)中，對用戶沒有任何限制。異步通用定時(shí)器提供類似于Windows下定時(shí)器的操作接口，簡單、方便。

2 VxWorks下的看門狗
VxWorks提供看門狗機(jī)制，允許將希望若干時(shí)間延遲后執(zhí)行的用戶函數(shù)連接到看門狗，在定時(shí)時(shí)間到達(dá)后由看門狗自動(dòng)執(zhí)行。看門狗機(jī)制由操作系統(tǒng)維持在系統(tǒng)時(shí)鐘中斷，連接到看門狗的函數(shù)同樣運(yùn)行在系統(tǒng)時(shí)鐘中斷服務(wù)程序中。如果操作系統(tǒng)由于種種原因(如在系統(tǒng)時(shí)鐘中斷前的中斷或者內(nèi)核狀態(tài))，將不能立即執(zhí)行的函數(shù)存放在tExcTask任務(wù)的隊(duì)列中，則隊(duì)列中的函數(shù)將以tExc-Task任務(wù)的優(yōu)先級運(yùn)行(通常為0)。操作系統(tǒng)對中斷服務(wù)程序的各種限制同樣適用于連接到看門狗的用戶函數(shù)，如不能使用printf、semTake等。
對看門狗的操作函數(shù)有4個(gè)：創(chuàng)建看門狗函數(shù)，WDOGID wdCreate(void)；啟動(dòng)看門狗函數(shù)，STATUS wdStart(WDOG_ID wdId，int delay，F(xiàn)UNCPTR pRoutine，intparameter)；刪除看門狗函數(shù)，STATUS WdDelete(WDOG_ID wdld)；取消看門狗計(jì)時(shí)函數(shù)，STATUS wdCancel(WDOG_ID wdld)。
看門狗的簡單使用如下：

首先創(chuàng)建看門狗，然后在啟動(dòng)看門狗時(shí)連接用戶函數(shù)并設(shè)置延遲時(shí)間。上面程序中的interval即為延遲時(shí)間，單位為系統(tǒng)時(shí)鐘的tick數(shù)。缺省情況下，系統(tǒng)時(shí)鐘每秒的tick數(shù)為60。當(dāng)interval為1時(shí)，即延遲1／60 s后執(zhí)行usrFunc。系統(tǒng)時(shí)鐘的tick數(shù)可以通過sysClkRateSet函數(shù)設(shè)置。

3 異步通用定時(shí)器的設(shè)計(jì)
3．1 設(shè)計(jì)思想
雖然看門狗提供的定時(shí)機(jī)制相對簡單易用，但還有許多局限性：①定時(shí)時(shí)間的單位為tick數(shù)，而不是通常使用的s或者ms。②用戶函數(shù)運(yùn)行在系統(tǒng)時(shí)鐘中斷服務(wù)程序中，而不是運(yùn)行在任務(wù)的上下文中。這給用戶函數(shù)帶來許多限制(比如用戶函數(shù)中不能使用內(nèi)存分配、獲取信號量、printf打印輸出等)，在這些限制下某些功能可能就無法實(shí)現(xiàn)。③看門狗的觸發(fā)是一次性的，而通常需要周期性的定時(shí)器。④相對于Windows下的定時(shí)器接口，看門狗接口不夠簡潔明了。異步通用定時(shí)器的設(shè)計(jì)基于看門狗，并在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的封裝，提供類似于Windows的使用方式。系統(tǒng)時(shí)鐘每秒的tick數(shù)可以通過sysClkRateSet函數(shù)設(shè)置，一般設(shè)置為1 000，即每個(gè)tick代表1 ms。這樣就可以提供分辨率為ms級的定時(shí)器，對大多數(shù)應(yīng)用而言可以滿足使用要求。每個(gè)定時(shí)器對應(yīng)一個(gè)看門狗，同時(shí)對應(yīng)一個(gè)任務(wù)，使得用戶函數(shù)運(yùn)行在任務(wù)中，而不是在中斷中，這樣可以避免操作系統(tǒng)對中斷處理函數(shù)的種種限制。具體的做法是：在生成定時(shí)器時(shí)，啟動(dòng)看門狗開始定時(shí)，同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)等待一個(gè)計(jì)數(shù)信號量(該信號量初始為空，任務(wù)處于PEND狀態(tài))；當(dāng)定時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)看門狗釋放該信號，激活任務(wù)，在任務(wù)中調(diào)用用戶函數(shù)。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于，提高了效率，減輕了負(fù)載，減少了中斷中的運(yùn)算(僅僅是釋放信號量)；盡管多創(chuàng)建了一個(gè)任務(wù)，但是在定時(shí)器沒有觸發(fā)時(shí)任務(wù)仍處于PEND狀態(tài)，對資源占用很小。