時間片調(diào)度在單片機中的運用

要的事情。如何協(xié)調(diào)好各個事務(wù)之間的關(guān)系，并有條不紊的執(zhí)行各個事務(wù)，這就需要在編寫程序時采用合適的算法進行處理。一般的方法就

是在單片機中移植操作系統(tǒng)，由操作系統(tǒng)來管理各個事務(wù)。但由于系統(tǒng)要占用一定的內(nèi)部資源，這對本身資源非常有限的單片機來說是不現(xiàn)

實的。所以，很少在單片機中采用操作系統(tǒng)，而是采用時間片輪詢調(diào)度的方法進行各任務(wù)的管理。

時間片輪詢調(diào)度是一種古老而又簡單的算法，廣泛運用于無操作系統(tǒng)的微處理器中。在系統(tǒng)中，每個進程被分配一個時間段，稱作時間片，

即該進程允許運行的時間。如果在時間片結(jié)束時進程還在運行，則 CPU 將被剝奪并分配給另一個進程。如果進程在時間片結(jié)束前阻塞或結(jié)束

，則 CPU 當即進行切換。調(diào)度程序所要做的就是維護一張就緒進程列表，當進程用完它的時間片后，它被移到隊列的末尾。

時間片輪詢調(diào)度中有趣的一點是如何確定時間片的長度。從一個進程切換到另一個進程是需要一定時間的，因為要保存和裝入寄存器值及內(nèi)

存映像等保護現(xiàn)場的工作，更新各種表格和隊列等。假如進程切換，有時稱為上下文切換，需要的時間為 5 毫秒，再假設(shè)時間片長度設(shè)定為

20 毫秒，則在做完 20 毫秒有用的工作之后， CPU 將花費 5 毫秒來進行進程切換。 CPU 時間的 20% 被浪費在了管理開銷上。進程切換時間一定的情

況下，如果時間片長度設(shè)定的越小時，這種浪費更明顯。所以，時間片長度與 CPU 利用率是一對不可調(diào)和的矛盾，必須處理好它們之間的關(guān)

系。

為了提高 CPU 效率，我們可以將時間片長度設(shè)得大一些，這時浪費的時間只有就會相對減小。但在一個分時系統(tǒng)中，各個任務(wù)對時間片長度

的要求是不一致的。例如在一個系統(tǒng)中，可能要求每秒鐘更新一下顯示內(nèi)容，每幾十毫秒要掃描一下按鍵，每幾毫秒要檢測一下串口緩沖區(qū)

等……可見，各個任務(wù)對時間的依賴程度是不一樣的。如果時間片設(shè)得太長，某些對實時性要求高的任務(wù)可能得不到執(zhí)行，使得系統(tǒng)的實時

性變差?？傊?，時間片的設(shè)定應(yīng)滿足對實時性要求最高的那個任務(wù)，這樣才能確保每個任務(wù)都可以及時得到執(zhí)行而不被錯過。

要在一個單片機系統(tǒng)中實現(xiàn)時間片輪詢調(diào)度，需要依照以下的步驟 :

2 確定任務(wù)總數(shù)及各個任務(wù)實對時間實時性的要求

2 根據(jù)任務(wù)對時間的要求，確定時間片的長度

2 估算執(zhí)行每個任務(wù)所花費的時間，確保任務(wù)能夠在時間片的長度內(nèi)執(zhí)行完畢

2 如果任務(wù)較大，時間片不足于讓任務(wù)執(zhí)行完，此時可細化該任務(wù)

在下面的代碼片段中，共有 4 個任務(wù)需要執(zhí)行，其中串口對實時性的要求最高。串口采用的波特率為 2400Baud ， 8 位數(shù)據(jù)，無校驗， 1 個停止

位。所以傳輸 1 字節(jié)數(shù)據(jù)所需時間為： 4.17ms ，故將時間片長度設(shè)定在 4ms 是合理的。單片機主機系統(tǒng)的時間片處理函數(shù)如下所示：

#pragma interrupt_handler timer1_ovf_isr:9

void timer1_ovf_isr(void)

{

//TIMER1 has overflowed

TCNT1H = 0xF0; //reload counter high value

TCNT1L = 0x60; //reload counter low value

TimeCount++;

if(TimeCount==50){TimeCount=0; CC1100_SendFlag=1;} // 無線收發(fā)任務(wù)處理標志

TimeOver(); // 超時檢測函數(shù)

Alarm_Detect(); // 告警檢測函數(shù)

DealComFlag=1; // 串口任務(wù)處理標志

}

在主函數(shù)中，根據(jù)標志位調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)進行數(shù)據(jù)處理，然后將標志位清除，等到下一個時間片到來后再開始新一輪的數(shù)據(jù)處理。

int main(void)

{

if(CC1100_SendFlag==1) { ... ; CC1100_SendFlag=0; } // 無線收發(fā)任務(wù)處理標志

if(DealComFlag==1){ ... ; DealComFlag=0; } // 串口任務(wù)處理標志

......

}