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                    智能儀表:一種嵌入式微調度器的應用

                    日期:2011年8月17日 16:55
                    智能儀表是自動控制技術的重要組成部分。隨著智能儀表在工業控制、通信和汽車電子中的廣泛應用。   智能儀表逐漸向數字化、網絡化、智能化方向發展;同時,智能儀表復雜度不斷增加,對實時性要求幾乎達到了苛刻的程度。在編程方式和代碼重復利用等方面,超循環方式的智能儀表越來越不能滿足資源管理和系統的實時要求,迫切需要在中低端智能儀表中加入一些輕量級的多任務管理的調度器或實時操作系統。本文根據智能儀表對嵌入式操作系統的特殊要求設計了一種新的任務調度算法,并實現了一個應用于中低端儀器儀表的嵌入式微調度器。   1實時任務調度的一般方法和策略   在實時操作系統中,系統把應用分為行為可以預知的、功能確定的多個任務。每個任務一般處于3種狀態;執行狀態、就緒狀態和等待狀態(有的操作系統還具有掛起和休眠狀態)。為了滿足實時性要求,系統根據一定的原則選擇合適的任務執行。   常見的任務調度算法分為靜態算法和動態算法兩類:  ?、凫o態算法:在系統在運行前(即系統初始化階段),就為所有的任務分配固定的優先級別,在系統執行過程中優先級保持不變。當一個事件發生時,調度程序只需要查就緒表,就可以調度哪個任務處于運行狀態。  ?、趧討B算法:在系統初始化時初步分配一個優先級。每一個任務在運行時可以改變它的優先級。 當前的嵌入式操作系統一般采用靜態算法,只在處理優先級反轉時臨時采用動態優先級算法。   2儀器儀表對調度算法的要求   為了提高儀表的可靠性,實現高性能、多功能應用,應用于智能儀表的調度器必須滿足以下要求:  ?、倭己玫膶崟r性。智能儀表必須實時地對通過現場總線采集的數據進行數字編碼,通過人機界面進行顯示,并把用戶對被監控系統的參數設置實時地傳送給執行部件。  ?、诨趦炏燃壍娜蝿照{度策略。在復雜的大規模應用中需要使用大量的傳感器、執行器和控制器等,對其數據顯示和傳輸控制需要通過不同優先級的任務來控制。  ?、鄣拖囊?。隨著應用環境的復雜化,對智能儀表的計算能力要求越來越高,勢必要求調度器必須占用較少的系統資源。  ?、艿统杀疽?。為了降低成本,在硬件設計上,存儲器的大小是成本控制的一個方面。因此,要求提供的調度器必須具備小內核以減小存儲空間。   此外,還要求調度器必須有精確定時的功能,也就是事件驅動和時鐘驅動相結合,以滿足智能儀表中周期性任務執行和突發性任務執行的需要。   3嵌入式微調度器的設計與實現   根據智能儀表對調度算法實時性、多任務、低消耗的要求,本文提出了一種新的靜態優先級,單任務隊列、具有4種任務狀態的非搶占式調度的輕量級任務調度算法,并根據這種算法實現了應用于智能儀表的調度器。      該算法的特點是以任務在任務控制塊數組中的相對位置表示優先級高低,任務的狀態和延時量使用統一的任務狀態字,在少量任務的輕量級應用中具有很好的時間和空間性能。      3.1任務的狀態   在本調度器中任務有4種狀態:就緒狀態、運行狀態、等待狀態和掛起狀態。內存中的任務必須處于這4種狀態之一。   就緒狀態:指任務運行的時間條件和資源條件都滿足,等待調度算法選擇最合適的任務進入就緒狀態。任務一旦建立就處于就緒狀態,這一點和μC/OS-II相同。   運行狀態:是當前時刻任務占有CPU資源正在運行的狀態。本調度算法選擇進入就緒任務隊列中優先級最高的任務運行。任何時刻只能有一個任務處于運行狀態。   等待狀態:如果任務需要等待一段時間才能運行,那么這個任務當前處于等待狀態。使任務延遲一段時間可通過調用Os_TasK_Delay()函數實現。調度器在每個系統時鐘節拍檢查任務延遲時間,一旦任務定義的延遲時間到,就使任務進入就緒狀態。   掛起狀態:正在運行的任務需要等待某一事件的發生,如果該事件沒有發生那么任務就處于掛起狀態。事件的發生可能來自另外一個任務,也可能來自中斷服務程序。   除此之外,系統還可能處在中斷服務狀態。這是一種特殊的運行狀態,當系統響應中斷時,正在執行的任務被掛起,中斷服務程序控制了CPU的使用權,系統就進入中斷服務狀態。   其中,空閑任務優先級最低,而且永遠處于就緒狀態,而且當所有的任務都在等待事件發生或者延遲時間結束時,操作系統就會執行空閑任務。   3.2調度器核心數據結構   3.2.1任務控制塊和任務控制塊列表   任務控制塊由任務堆棧、任務入口地址、任務狀態字和任務優先級4個部分組成。任務堆棧用于保護被中斷的現場數據;任務入口地址是指向任務程序的指針,用于指定任務所進行的操作;任務狀態字用來表示任務當前的狀態和延遲的時間間隔;任務優先級表示就緒列表中的哪個任務可以優先進入運行狀態。   在整個調度過程中使用一個全局的任務控制塊數組來表示任務控制塊列表。每個任務使用唯一一個任務控制塊表示,任務的優先級通過任務控制塊在任務控制塊數組中的相對位置來表示。每個任務有且僅有一個優先級,所以任務的優先級也可以用任務的ID號來表示。

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                    該資訊的關鍵詞為:智能儀表 

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