時間觸發(fā) 合作式調(diào)度器 編程模式
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1．2 使用“時間觸發(fā)編程模式”進行編程
“時間觸發(fā)編程模式”的核心是建立一個基丁時間觸發(fā)的合作式的任務(wù)調(diào)度器，在系統(tǒng)中盡量減少事件觸發(fā)(減少中斷的使用)，系統(tǒng)通過任務(wù)調(diào)度器完成各任務(wù)的調(diào)度執(zhí)行，下面是“時間觸發(fā)編程模式”的典型程序結(jié)構(gòu)：
系統(tǒng)中每個任務(wù)都定義了優(yōu)先級、任務(wù)循環(huán)周期和任務(wù)延遲時間，系統(tǒng)定時器中斷程序SCH Updatc()按設(shè)定的節(jié)拍對任務(wù)隊列進行刷新，在超級大循環(huán)中只執(zhí)行任務(wù)調(diào)度器SCH_Dispatch_Tasks()，根據(jù)任務(wù)隊列的狀念安排任務(wù)的執(zhí)行。
這種編程結(jié)構(gòu)避免了超級大循環(huán)結(jié)構(gòu)循環(huán)時間隨代碼量的增加而線性增加的問題，但是由于任務(wù)是不可剝奪的，一旦任務(wù)啟動執(zhí)行，任務(wù)調(diào)度器只有在當前任務(wù)完成后才有機會執(zhí)行，這就要求每個任務(wù)占用CPU的時間不能太長，否則將影響整個系統(tǒng)的響應(yīng)速度。所以，F(xiàn)FT運算在這種編程模式下還是必須進行有效的拆分，否則就必須提高CPU的檔次或使用可剝奪型的搶先式RTOS，這勢必造成系統(tǒng)成本的增加。那么有沒有更好的解決辦法呢?
下面的編程結(jié)構(gòu)塒“時間觸發(fā)編程模式”進行了改進，使之在不提高硬件成本的情況下，使編程人員更直觀地定義任務(wù)，減少任務(wù)特性對系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)的沖擊，使程序結(jié)構(gòu)簡單、明了并提高系統(tǒng)的實時響應(yīng)速度。
2 對“時間觸發(fā)編程模式”的改進
根據(jù)多年嵌入式系統(tǒng)編程的經(jīng)驗，通常嵌入系統(tǒng)的任務(wù)可以劃分成3種類型：
①及時型任務(wù)。這類任務(wù)是事件觸發(fā)型的，一旦事件發(fā)生，系統(tǒng)必須在限定的時間內(nèi)進行響應(yīng)，對這類任務(wù)，最自然的方法就是使用中斷來完成，即定義成“前后臺方式”中的后臺任務(wù)。
②周期型任務(wù)。這類任務(wù)是時間觸發(fā)式周期型的，系統(tǒng)必須保證在指定的周期內(nèi)執(zhí)行任務(wù)，“時間觸發(fā)編程模式”可以很好地滿足這類任務(wù)的需求。
③背景型任務(wù)。這類任務(wù)是非實時型的，實時性不是非常重要，系統(tǒng)在運行過程中可隨時中斷這類任務(wù)以便執(zhí)行前兩類任務(wù)，系統(tǒng)只要能充分利用資源盡最大可能快速完成這類任務(wù)即可，這類任務(wù)最適合定義成“前后臺方式”中的前臺任務(wù)。
根據(jù)以上任務(wù)分類，對“時間觸發(fā)編程模式”的改進可概括成以下需求：
◆任務(wù)分3類，1類任務(wù)優(yōu)先級最高，3類任務(wù)優(yōu)先級最低；
◆高優(yōu)先級的任務(wù)可中斷低優(yōu)先級任務(wù)的執(zhí)行，同級的任務(wù)之間不可相互剝奪；
◆實際沒計中為提高系統(tǒng)的可預(yù)測性，應(yīng)盡量減少1類任務(wù)的數(shù)量及1類任務(wù)的執(zhí)行時間；
◆為降低系統(tǒng)資源的占用，系統(tǒng)不給任務(wù)劃分單獨的堆?？臻g。
以上改進的本質(zhì)是設(shè)計3個優(yōu)先級的簡單的任務(wù)調(diào)度機制，高優(yōu)先級的任務(wù)可中斷低優(yōu)先級的任務(wù)，同優(yōu)先級的任務(wù)之間不能相互剝奪，該調(diào)度機制不為每個單獨的任務(wù)保存任務(wù)上下文和單獨的堆棧，這樣可以減少該編程模式對系統(tǒng)資源的需求。
可剝奪式RTOS中的一個高優(yōu)先級任務(wù)中斷一個低優(yōu)先級的任務(wù)時，會保存好低優(yōu)先級任務(wù)的上下文并把該低優(yōu)先級任務(wù)的局部變量保存在本任務(wù)單獨的堆棧中，如果系統(tǒng)不給任務(wù)分配單獨的堆棧，如何保證高優(yōu)先級任務(wù)退出后，低優(yōu)先級任務(wù)執(zhí)行環(huán)境的恢復(fù)呢?
對這個問題，可以借鑒中斷的處理機制用以下辦法予以解決：
①在系統(tǒng)中設(shè)計一個定時中斷函數(shù)，該函數(shù)的功能就是執(zhí)行周期性任務(wù)的調(diào)度，該定時中斷在所有中斷中優(yōu)先級最低。
②在系統(tǒng)中設(shè)計另一個定時中斷函數(shù)，該函數(shù)的功能是刷新周期型任務(wù)的任務(wù)管理隊列，為任務(wù)調(diào)度提供支持，本定時中斷函數(shù)的優(yōu)先級在系統(tǒng)中次低。
③周期型任務(wù)就是一個函數(shù)，該函數(shù)入口的第一個操作是開中斷，允許任務(wù)執(zhí)行期間被中斷以便響應(yīng)及時型任務(wù)。
④背景型任務(wù)就是在主函數(shù)超級循環(huán)中執(zhí)行的代碼，該代碼可隨時被及時型和周期型任務(wù)中斷，當系統(tǒng)沒有及時型任務(wù)和周期型任務(wù)時才循環(huán)執(zhí)行背景型任務(wù)的代碼。
通過以上措施，“改進型時間觸發(fā)編程模式”的程序結(jié)構(gòu)如下：
結(jié)語
使用“改進型時間觸發(fā)編程模式”進行小型嵌入式系統(tǒng)編程，就像使用RTOS進行編程一樣，設(shè)計者規(guī)劃好任務(wù)后，就可以專心于每個任務(wù)的設(shè)計，任務(wù)對處理器時間的占用可以由系統(tǒng)統(tǒng)一管理，減少任務(wù)之間的耦合，使產(chǎn)品的程序設(shè)計和改動都變得簡潔清楚。使用該編程模式很好地解決了譬裝式智能配電儀表所面臨的復(fù)雜的設(shè)計問題，證明該方法簡單有效。目前該設(shè)計模式僅僅設(shè)計了任務(wù)調(diào)度器，任務(wù)間的變量傳遞還需要使用全局變量，如果能加入信號量和消息機制，那么該模式將更加完善。
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