基于ARM9和μC/OSII的多頻道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計

　　3.3 針對外設(shè)的時間優(yōu)化

　　針對命令掃描和解析任務(wù)，將其設(shè)置為中斷方式，在檢測到有用戶命令輸入時發(fā)生中斷，在中斷里對用戶命令進行解析、分析、提取和處理。在中斷下半部分對命令進行廣播式發(fā)布，發(fā)布到各個采樣任務(wù)函數(shù)使其立即刷新執(zhí)行。因為用戶工作方式改變，命令刷新頻率并不高而且任務(wù)量不大，所以完全可以利用中斷的快速處理來實現(xiàn)這種功能。

圖4 顯示任務(wù)工作原理圖

　　在處理完命令掃描和采樣任務(wù)之后，影響整個系統(tǒng)性能的就剩下上位機和下位機顯示部分了。顯示任務(wù)工作原理如圖4所示，利用μC/OSII系統(tǒng)提供的消息隊列對顯示部分進行改善。分別建立兩個長度為16的消息隊列和內(nèi)存塊鏈表，數(shù)據(jù)提交任務(wù)從空閑內(nèi)存池中得到可用內(nèi)存塊之后將本任務(wù)要顯示的數(shù)據(jù)存入該內(nèi)存塊，此時該內(nèi)存就變成了帶有數(shù)據(jù)的待顯示數(shù)據(jù)塊。而后將該內(nèi)存塊的地址以消息的形式注冊在顯示消息隊列上。消息隊列的長度設(shè)置為16，雖然這里只有12個任務(wù)會發(fā)送消息給消息隊列，但在實時多任務(wù)程序中，各個任務(wù)的運行是隨機的，消息隊列在一段時間內(nèi)得到的消息個數(shù)是個不定值，所以留出4個空位作為裕度。而且設(shè)置初始值為16的計數(shù)信號量來保護消息隊列，數(shù)據(jù)提交任務(wù)在提交數(shù)據(jù)之前先檢測該信號量，如該信號量有效就可以發(fā)送信號，如信號量無效則需等待，直到有可用信號位時方可將信號發(fā)出。在外部硬件操作端，由外部發(fā)送任務(wù)將消息隊列中的消息按照固定速率發(fā)送到外部信號線上。

　　這樣設(shè)計，消息隊列就相當(dāng)于一個緩沖區(qū)，使得所有提交任務(wù)都可以向這個緩沖區(qū)發(fā)送待顯示數(shù)據(jù)，有效地避免了多個任務(wù)爭用一個外圍設(shè)備而引起的死鎖、競爭冒險等問題。同時減少了任務(wù)數(shù)量，減少了任務(wù)切換的次數(shù)，充分利用了系統(tǒng)時間，提高了系統(tǒng)性能。

　　3.4 關(guān)鍵區(qū)保護

　　多任務(wù)設(shè)計中每個任務(wù)在任何時刻都可能被其他任務(wù)打斷，必須充分考慮代碼的安全性、可重入性、可靠性、饑餓、互鎖、死鎖等情況。[3]

　　為了避免上述情況，任務(wù)間消息發(fā)送和傳遞時以及在數(shù)據(jù)采樣時對相應(yīng)函數(shù)體進行關(guān)鍵區(qū)保護，在這些函數(shù)運行的時候禁止中斷和任務(wù)調(diào)度，以保證數(shù)據(jù)傳遞和數(shù)據(jù)采樣的絕對正確性和系統(tǒng)運行的絕對安全性。

　　4 極限頻率測定及總結(jié)

　　上位機超級終端接收到的極限頻率測試結(jié)果如圖5所示。

圖5 極限頻率測量結(jié)果

　　分別測試了高頻段、中頻段和低頻段的極限頻率，結(jié)果在CPU使用率80%~90%的情況下測定。該系統(tǒng)成功實現(xiàn)了智能化設(shè)計和優(yōu)先級動態(tài)調(diào)度、系統(tǒng)參數(shù)動態(tài)設(shè)置等功能，達到了設(shè)計指標(biāo)。