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嵌入式设计COSII实时任务模型设计

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来源: 作者: 2018-10-26 13:34:02

嵌入式设计:μC/OS-II实时任务模型设计

导读:

本文通过研究实时操作系统内核及应用技术,分析实时操作系统性能指标;基于实时操作系统μC/OS Ⅱ内核接口和任务运行原理,提取实时任务的构成要素,构建实时任务模型。运用任务模型进行实时任务、实时应用程序的设计和实现。

本文通过研究实时操作系统内核及应用技术,分析实时操作系统性能指标;基于实时操作系统C/OS Ⅱ内核接口和任务运行原理,提取实时任务的构成要素,构建实时任务模型。运用任务模型进行实时任务、实时应用程序的设计和实现。根据任务模型设计实现一个范例程序的基本功能和性能需求;将模型设计思想应用于实时软件开发,任务模型为实时程序研发和相关教学活动提供了一个简便的解决方案。  1 实时软件技术及实时软件构成  实时软件开发环境一般采用实时操作系统(RTOS)作为系统开发和运行支持平台,支持模块化开发,提高开发效率,缩短开发周期,便于程序的调试、维护,使实时性能得到保证,系统稳定可靠。RTOS为每个任务建立一个可执行环境,并可方便地在任务间传递消息,在中断处理程序和任务间传递事件,根据任务优先级实施抢占调度。  从实时操作系统(Real-time OS)的内核功能、实现方法和运行机制可得其目标包括:按照抢占优先级策略控制管理实时应用程序每个并发任务的运行;每个任务在多长时限可以完成或得到响应。任务时限(dead-line)是实现每个实时任务必备的性能指标。  时限可以分为硬时限(Hard Deadline)和软时限(Soft Deadline)。具有硬截止时间的任务即为关键任务,如果不能满足时限,则视为系统错误。根据任务设置的重要程度,将拥有关键任务的实时系统称为硬实时系统,否则称为软实时系统。  1.1 中断延迟  从一个外部事件发生到响应中断处理函数的第一条指令开始执行,这段时长称为中断延迟。很多实时任务由中断驱动执行,中断事件必须在限定的时限内处理,否则将产生严重后果。  1.2 抢占延迟  从一个外部事件发生到处理该事件任务的第一条指令开始执行,这段时长称为抢占延迟。大多数实时系统都是处理一些周期性或非周期性的重复事件,事件触发任务执行。每当事件发生,相应的处理任务必须及时得到调度执行,否则将无法满足时限。抢占延迟反映系统响应的及时程度。  图1表示实时软件设计编程和运行层次结构。该图对实现实时应用程序功能设计接口和运行机制进行层次划分。指明基于操作系统内核进行应用开发的编程层次和接口。从而形成实时应用程序内部结构。  实现具体实时应用业务逻辑一般采用分解任务的方法。将一个实时应用功能划分为多个并发执行的任务。分配任务不同的优先级,赋予任务自主延迟功能,进行必要的任务通信,设置关键任务的中断响应。调用RTOS内核系统函数接口,创建实时任务;任务的运行从接受内核调度开始,按照自身流程设计循环执行,直至系统运行结束。  实时应用的基本构成单位和基本功能实现方法,如图2所示。

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