uC_OS_II第5章

I 第 5章 时间管理 .......................................................................................................... 1 5.0 任务延时函数，OSTimeDly() ................................................................................. 1 5.1 按时分秒延时函数 OSTimeDlyHMSM() ............................................................... 3 5.2 让处在延时期的任务结束延时，OSTimeDlyResume() ........................................ 5 5.3 系统时间，OSTimeGet()和 OSTimeSet() ............................................................... 6 5-1 第5章 时间管理 在 3.10 节时钟节拍中曾提到，µC/OS-Ⅱ(其它内核也一样)要求用户提供定时中断来实 现延时与超时控制等功能。这个定时中断叫做时钟节拍，它应该每秒发生 10 至 100 次。时 钟节拍的实际频率是由用户的应用程序决定的。时钟节拍的频率越高，系统的负荷就越重。 3.10 节讨论了时钟的中断服务子程序和节时钟节函数 OSTimeTick——该函数用于通知 µC/OS-Ⅱ发生了时钟节拍中断。本章主要讲述五个与时钟节拍有关的系统服务：  OSTimeDly()  OSTimeDlyHMSM()  OSTimeDlyResume()  OSTimeGet()  OSTimeSet() 本章所提到的函数可以在 OS_TIME.C 文件中找到。 5.0 任务延时函数，OSTimeDly() µC/OS-Ⅱ提供了这样一个系统服务：申请该服务的任务可以延时一段时间，这段时间 的长短是用时钟节拍的数目来确定的。实现这个系统服务的函数叫做 OSTimeDly()。调用该 函数会使 µC/OS-Ⅱ进行一次任务调度，并且执行下一个优先级最高的就绪态任务。任务调 用 OSTimeDly()后，一旦规定的时间期满或者有其它的任务通过调用 OSTimeDlyResume()取 消了延时，它就会马上进入就绪状态。注意，只有当该任务在所有就绪任务中具有最高的优 先级时，它才会立即运行。 程序清单 L5.1 所示的是任务延时函数 OSTimeDly()的代码。用户的应用程序是通过提 供延时的时钟节拍数——一个 1 到 65535 之间的数，来调用该函数的。如果用户指定 0 值 [L5.1(1)]，则表明用户不想延时任务，函数会立即返回到调用者。非 0 值会使得任务延时 函数 OSTimeDly()将当前任务从就绪表中移除[L5.1(2)]。接着，这个延时节拍数会被保存 在当前任务的 OS_TCB 中[L5.1(3)]，并且通过 OSTimeTick()每隔一个时钟节拍就减少一个 延时节拍数。最后，既然任务已经不再处于就绪状态，任务调度程序会执行下一个优先级最 高的就绪任务。 程序清单 L 5.1 OSTimeDly(). void OSTimeDly (INT16U ticks) { if (ticks > 0) { (1) OS_ENTER_CRITICAL(); if ((OSRdyTbl[OSTCBCur->OSTCBY] &= ~OSTCBCur->OSTCBBitX) == 0) { (2) OSRdyGrp &= ~OSTCBCur->OSTCBBitY; 5-2 } OSTCBCur->OSTCBDly = ticks; (3) OS_EXIT_CRITICAL(); OSSched(); (4) } } 清楚地认识 0 到一个节拍之间的延时过程是非常重要的。换句话说，如果用户只想延时 一个时钟节拍，而实际上是在 0到一个节拍之间结束延时。即使用户的处理器的负荷不是很 重，这种情况依然是存在的。图 F5.1详细说明了整个过程。系统每隔 10ms 发生一次时钟节 拍中断[F5.1(1)]。假如用户没有执行其它的中断并且此时的中断是开着的，时钟节拍中断 服务就会发生[F5.1(2)]。也许用户有好几个高优先级的任务(HPT)在等待延时期满，它们会 接着执行[F5.1(3)]。接下来，图 5.1中所示的低优先级任务(LPT)会得到执行的机会，该任 务在执行完后马上调用[F5.1(4)]所示的 OSTimeDly(1)。µC/OS-Ⅱ会使该任务处于休眠状态 直至下一个节拍的到来。当下一个节拍到来后，时钟节拍中断服务子程序会执行[F5.1(5)]， 但是这一次由于没有高优先级的任务被执行，µC/OS-Ⅱ会立即执行申请延时一个时钟节拍 的任务[F5.1(6)]。正如用户所看到的，该任务实际的延时少于一个节拍！在负荷很重的系 统中，任务甚至有可能会在时钟中断即将发生时调用 OSTimeDly(1)，在这种情况下，任务 几乎就没有得到任何延时，因为任务马上又被重新调度了。如果用户的应用程序至少得延时 一个节拍，必须要调用 OSTimeDly(2)，指定延时两个节拍！ 5-3 Figure 5.1 Delay resolution. 5.1 按时分秒延时函数 OSTimeDlyHMSM() OSTimeDly()虽然是一个非常有用的函数，但用户的应用程序需要知道延时时间对应的 时钟节拍的数目。用户可以使用定义全局常数 OS_TICKS_PER_SEC(参看 OS_CFG.H)的方法将 时间转换成时钟段，但这种方法有时显得比较愚笨。笔者增加了 OSTimeDlyHMSM()函数后， 用户就可以按小时(H)、分(M)、秒(S)和毫秒(m)来定义时间了，这样会显得更自然些。与 OSTimeDly()一样，调用 OSTimeDlyHMSM()函数也会使 µC/OS-Ⅱ进行一次任务调度，并且执 行下一个优先级最高的就绪态任务。任务调用 OSTimeDlyHMSM()后，一旦规定的时间期满或 者有其它的任务通过调用 OSTimeDlyResume()取消了延时(参看 5.02,恢复延时的任务 OSTimeDlyResume())，它就会马上处于就绪态。同样，只有当该任务在所有就绪态任务中具 有最高的优先级时，它才会立即运行。 程序清单 L5.2 所示的是 OSTimeDlyHMSM()的代码。从中可以看出，应用程序是通过用 小时、分、秒和毫秒指定延时来调用该函数的。在实际应用中，用户应避免使任务延时过长 的时间，因为从任务中获得一些反馈行为(如减少计数器，清除 LED等等)经常是很不错的事。 但是，如果用户确实需要延时长时间的话，µC/OS-Ⅱ可以将任务延时长达 256 个小时(接近 11 天)。 OSTimeDlyHMSM()一开始先要检验用户是否为参数定义了有效的值[L5.2(1)]。与 OSTimeDly()一样，即使用户没有定义延时，OSTimeDlyHMSM()也是存在的[L5.2(9)]。因为 5-4 µC/OS-Ⅱ只知道节拍，所以节拍总数是从指定的时间中计算出来的[L5.2(3)]。很明显，程 序清单 L5.2 中的程序并不是十分有效的。笔者只是用这种方法告诉大家一个公式，这样用 户就可以知道怎样计算总的节拍数了。真正有意义的只是 OS_TICKS_PER_SEC。[L5.2(3)]决 定了最接近需要延迟的时间的时钟节拍总数。500/OS_TICKS_PER_SECOND 的值基本上与 0.5 个节拍对应的毫秒数相同。例如，若将时钟频率(OS_TICKS_PER_SEC)设置成 100Hz(10ms)， 4ms 的延时不会产生任何延时！而 5ms的延时就等于延时 10ms。 µC/OS-Ⅱ支持的延时最长为 65,535 个节拍。要想支持更长时间的延时，如 L5.2(2)所 示，OSTimeDlyHMSM()确定了用户想延时多少次超过 65,535 个节拍的数目[L5.2(4)]和剩下 的节拍数[L5.2(5)]。例如，若 OS_TICKS_PER_SEC 的值为 100，用户想延时 15 分钟，则 OSTimeDlyHMSM()会延时 15x60x100=90,000 个时钟。这个延时会被分割成两次 32,768 个节 拍的延时(因为用户只能延时65,535个节拍而不是65536个节拍)和一次24,464个节拍的延 时。在这种情况下，OSTimeDlyHMSM()首先考虑剩下的节拍，然后是超过 65,535 的节拍数 [L5.2(7)和(8)](即两个 32,768 个节拍延时)。 程序清单 L 5.2 OSTimeDlyHMSM(). INT8U OSTimeDlyHMSM (INT8U hours, INT8U minutes, INT8U seconds, INT16U milli) { INT32U ticks; INT16U loops; if (hours > 0 || minutes > 0 || seconds > 0 || milli > 0) { (1) if (minutes > 59) { return (OS_TIME_INVALID_MINUTES); } if (seconds > 59) { return (OS_TIME_INVALID_SECONDS); } If (milli > 999) { return (OS_TIME_INVALID_MILLI); } ticks = (INT32U)hours * 3600L * OS_TICKS_PER_SEC (2) + (INT32U)minutes * 60L * OS_TICKS_PER_SEC + (INT32U)seconds * OS_TICKS_PER_SEC + OS_TICKS_PER_SEC * ((INT32U)milli + 500L/OS_TICKS_PER_SEC) / 1000L; (3) loops = ticks / 65536L; (4) ticks = ticks % 65536L; (5) 5-5 OSTimeDly(ticks); (6) while (loops > 0) { (7) OSTimeDly(32768); (8) OSTimeDly(32768); loops--; } return (OS_NO_ERR); } else { return (OS_TIME_ZERO_DLY); (9) } } 由于 OSTimeDlyHMSM()的具体实现方法，用户不能结束延时调用 OSTimeDlyHMSM()要求 延时超过 65535 个节拍的任务。换句话说，如果时钟节拍的频率是 100Hz，用户不能让调用 OSTimeDlyHMSM(0，10，55，350)或更长延迟时间的任务结束延时。 5.2 让处在延时期的任务结束延时，OSTimeDlyResume() µC/OS-Ⅱ允许用户结束延时正处于延时期的任务。延时的任务可以不等待延时期满， 而是通过其它任务取消延时来使自己处于就绪态。这可以通过调用 OSTimeDlyResume()和指 定要恢复的任务的优先级来完成。实际上，OSTimeDlyResume()也可以唤醒正在等待事件(参 看第六章——任务间的通讯和同步)的任务，虽然这一点并没有提到过。在这种情况下，等 待事件发生的任务会考虑是否终止等待事件。 OSTimeDlyResume()的代码如程序清单 L5.3 所示，它首先要确保指定的任务优先级有 效 [L5.3(1)]。接着，OSTimeDlyResume()要确认要结束延时的任务是确实存在的[L5.3(2)]。 如果任务存在，OSTimeDlyResume()会检验任务是否在等待延时期满[L5.3(3)]。只要 OS_TCB 域中的 OSTCBDly 包含非 0 值就表明任务正在等待延时期满，因为任务调用了 OSTimeDly()， OSTimeDlyHMSM()或其它在第六章中所描述的 PEND 函数。然后延时就可以通过强制命令 OSTCBDly 为 0 来取消[L5.3(4)]。延时的任务有可能已被挂起了，这样的话，任务只有在没 有被挂起的情况下才能处于就绪状态[L5.3(5)]。当上面的条件都满足后，任务就会被放在 就绪表中[L5.3(6)]。这时，OSTimeDlyResume()会调用任务调度程序来看被恢复的任务是否 拥有比当前任务更高的优先级[L5.3(7)]。这会导致任务的切换。 程序清单 L 5.3 恢复正在延时的任务 INT8U OSTimeDlyResume (INT8U prio) { OS_TCB *ptcb; 5-6 if (prio >= OS_LOWEST_PRIO) { (1) return (OS_PRIO_INVALID); } OS_ENTER_CRITICAL(); ptcb = (OS_TCB *)OSTCBPrioTbl[prio]; if (ptcb != (OS_TCB *)0) { (2) if (ptcb->OSTCBDly != 0) { (3) ptcb->OSTCBDly = 0; (4) if (!(ptcb->OSTCBStat & OS_STAT_SUSPEND)) { (5) OSRdyGrp |= ptcb->OSTCBBitY; (6) OSRdyTbl[ptcb->OSTCBY] |= ptcb->OSTCBBitX; OS_EXIT_CRITICAL(); OSSched(); (7) } else { OS_EXIT_CRITICAL(); } return (OS_NO_ERR); } else { OS_EXIT_CRITICAL(); return (OS_TIME_NOT_DLY); } } else { OS_EXIT_CRITICAL(); return (OS_TASK_NOT_EXIST); } } 注意，用户的任务有可能是通过暂时等待信号量、邮箱或消息队列来延时自己的(参看 第六章)。可以简单地通过控制信号量、邮箱或消息队列来恢复这样的任务。这种情况存在 的唯一问题是它要求用户分配事件控制块(参看 6.00),因此用户的应用程序会多占用一些 RAM。 5.3 系统时间，OSTimeGet()和 OSTimeSet() 无论时钟节拍何时发生，µC/OS-Ⅱ都会将一个 32 位的计数器加 1。这个计数器在用户 调用 OSStart()初始化多任务和 4,294,967,295 个节拍执行完一遍的时候从 0 开始计数。在 时钟节拍的频率等于 100Hz 的时候，这个 32 位的计数器每隔 497 天就重新开始计数。用户 5-7 可以通过调用 OSTimeGet()来获得该计数器的当前值。也可以通过调用 OSTimeSet()来改变 该计数器的值。OSTimeGet()和 OSTimeSet()两个函数的代码如程序清单 L5.4 所示。注意， 在访问 OSTime 的时候中断是关掉的。这是因为在大多数 8 位处理器上增加和拷贝一个 32 位的数都需要数条指令，这些指令一般都需要一次执行完毕，而不能被中断等因素打断。 程序清单 L 5.4 得到和改变系统时间 INT32U OSTimeGet (void) { INT32U ticks; OS_ENTER_CRITICAL(); ticks = OSTime; OS_EXIT_CRITICAL(); return (ticks); } void OSTimeSet (INT32U ticks) { OS_ENTER_CRITICAL(); OSTime = ticks; OS_EXIT_CRITICAL(); }