μC/OSII中軟件定時(shí)器的優(yōu)缺點(diǎn)與改進(jìn)

μC/OSII具有小巧、性能穩(wěn)定、開源等眾多優(yōu)點(diǎn)，并且μC/OSII大部分用ANSI C語言編寫，系統(tǒng)的移植非常容易。在μC/OSII I2.81及以后的版本中[2]，加入了對軟件定時(shí)器的支持，使得μC/OSII操作系統(tǒng)更加完善。

　　μC/OSII是一種基于優(yōu)先級(jí)的搶占式操作系統(tǒng)，實(shí)時(shí)性很強(qiáng)。而系統(tǒng)中軟件定時(shí)器沒有優(yōu)先級(jí)，回調(diào)函數(shù)順序執(zhí)行，這樣就降低了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。因此，本文對軟件定時(shí)器進(jìn)行改進(jìn)，定時(shí)器中加入優(yōu)先級(jí)，回調(diào)函數(shù)按優(yōu)先級(jí)執(zhí)行，從而提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

　　1 對軟件定時(shí)器的介紹

　　μC/OSII系統(tǒng)中的時(shí)間管理功能包括任務(wù)延時(shí)與軟件定時(shí)器，而軟件定時(shí)器的主要作用是，對函數(shù)周期性或者一次性執(zhí)行的定時(shí)，利用軟件定時(shí)器控制塊與“定時(shí)器輪”管理軟件定時(shí)器。定時(shí)器控制塊的結(jié)構(gòu)如同任務(wù)控制塊，創(chuàng)建一個(gè)定時(shí)器時(shí)，從空閑定時(shí)器控制塊鏈表中得到一個(gè)空閑控制塊，并對其賦值。

　　軟件定時(shí)器也需要一個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍驅(qū)動(dòng)，而這個(gè)驅(qū)動(dòng)一般是硬件實(shí)現(xiàn)的，一般使用μC/OSII操作系統(tǒng)中任務(wù)延時(shí)的時(shí)鐘節(jié)拍來驅(qū)動(dòng)軟件定時(shí)器。每個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍OSTmrCtr（全局變量，初始值為0）增1， 當(dāng)OSTmrCtr的值等于為OS_TICKS_PER_SEC /OS_TMR_CFG_TICKS_PER_SEC（此兩者的商決定軟件定時(shí)器的頻率）時(shí)，調(diào)用函數(shù)OSTmrSignal（），此函數(shù)發(fā)送信號(hào)量OSTmrSemSignal（初始值為0，決定軟件定時(shí)器掃描任務(wù)OSTmr_Task的運(yùn)行）。也就是說，對定時(shí)器的處理不在時(shí)鐘節(jié)拍中斷函數(shù)中進(jìn)行，而是以發(fā)生信號(hào)量的方式激活任務(wù)OSTmr_Task（具有很高的優(yōu)先級(jí)）。任務(wù)OSTmr_Task對定時(shí)器進(jìn)行檢測處理，包括定時(shí)器定時(shí)完成的判斷、回調(diào)函數(shù)的執(zhí)行。

　　μC/OSII 2.86中與軟件定時(shí)器相關(guān)的函數(shù)包括：

　?、?軟件定時(shí)器內(nèi)部靜態(tài)函數(shù)。獲取與釋放定時(shí)器控制塊函數(shù)OSTmr_Alloc（）、OSTmr_Free（）；定時(shí)器插入相應(yīng)“時(shí)間輪”組函數(shù)OSTmr_Link（）；從相應(yīng)“時(shí)間輪”組中刪除定時(shí)器函數(shù)OSTmr_Unlink（）；軟件定時(shí)器任務(wù)初始化函數(shù)OSTmr_InitTask（）；定時(shí)器掃描任務(wù)OSTmr_Task；定時(shí)器上鎖與解鎖函數(shù)OSTmr_Lock（）與OSTmr_Unlock（）（在μC/OSII 2.91中，此兩函數(shù)被任務(wù)調(diào)度鎖定與解鎖函數(shù)代替）。

　?、?定時(shí)器外部接口函數(shù)。定時(shí)器創(chuàng)建與刪除函數(shù)OSTmrCreate（）、OSTmrDel（）；定時(shí)器啟動(dòng)與停止函數(shù)OSTmrStart（）、OSTmrStop（）；定時(shí)器剩余時(shí)間與當(dāng)前狀態(tài)查詢函數(shù)OSTmrRemainGet（）、OSTmrStateGet（）；軟件定時(shí)器的初始化OSTmr_Init（）；發(fā)送信號(hào)量OSTmrSemSignal函數(shù)OSTmrSignal（）；定時(shí)器名稱查詢函數(shù)OSTmrNameGet（）。

　　由于軟件定時(shí)器的回調(diào)函數(shù)的執(zhí)行都是在任務(wù)OSTmr_Task中執(zhí)行，如果多個(gè)定時(shí)器同時(shí)定時(shí)完成，則在定時(shí)器任務(wù)中執(zhí)行多個(gè)定時(shí)器的回調(diào)函數(shù)，因此定時(shí)器任務(wù)的執(zhí)行時(shí)間不確定。而且定時(shí)器回調(diào)函數(shù)是順序執(zhí)行的，如果某個(gè)定時(shí)器回調(diào)函數(shù)需要盡快執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)精確定時(shí)，就難以實(shí)現(xiàn)了。由于各個(gè)定時(shí)器沒有優(yōu)先級(jí)，因此了影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

　　2 對軟件定時(shí)器的改進(jìn)

　　為提高軟件定時(shí)器回調(diào)函數(shù)執(zhí)行的實(shí)時(shí)性，給每個(gè)定時(shí)器賦予一個(gè)優(yōu)先級(jí)。當(dāng)定時(shí)完成時(shí)，并且定時(shí)器的回調(diào)函數(shù)不為空，則把定時(shí)器的優(yōu)先級(jí)寫于軟件定時(shí)器就緒表中。任務(wù)OSTmr_Task對相應(yīng)“時(shí)間輪”檢查結(jié)束后，如果在掃描各個(gè)定時(shí)器前軟件定時(shí)器就緒表為零而掃描之后不為零，則發(fā)送信號(hào)量激活回調(diào)函數(shù)任務(wù)OSTmr_TaskCallback。在此任務(wù)中，回調(diào)函數(shù)根據(jù)軟件定時(shí)器就緒表中的優(yōu)先級(jí)執(zhí)行相應(yīng)的回調(diào)函數(shù)，這樣就提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。

　　2.1 對軟件定時(shí)器相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)改進(jìn)

　?、?定義結(jié)構(gòu)體OS_TMR_CALL，存儲(chǔ)定時(shí)器的回調(diào)函數(shù)、函數(shù)的參數(shù)、定時(shí)器指針，形式如下：

　　typedefstructos_tmr_call {

　　OS_TMR_CALLBACKOSTmrCallback; /*回調(diào)函數(shù)*/

　　void *OSTmrCallbackArg;/*回調(diào)函數(shù)指針*/

　　OS_TMR *OSTmr; /*定時(shí)器指針*/

　　} OS_TMR_CALL;

　　在頭文件ucos_ii.h中，定義OSTmrCallbackTbl[OS_TMR_CFG_MAX]，OS_TMR_CFG_MAX表示系統(tǒng)中配置的軟件定時(shí)器數(shù)量。

　?、?在軟件定時(shí)器控制塊中加入成員變量OSTmrPrio（定時(shí)器優(yōu)先級(jí)），刪去變量OSTmrCallback（回調(diào)函數(shù)）、OSTmrCallbackArg（回調(diào)函數(shù)參數(shù)），為了測試的方便，可暫不刪除這兩個(gè)變量。

　　③ 定義定時(shí)器就緒表：

　　INT8UOSTmrRdyGrp；

　　INT8UOSTmrRdyTbl[OS_TMR_CFG_MAX/8 + 1]；

　　當(dāng)定時(shí)器定時(shí)完成時(shí)，把定時(shí)器優(yōu)先級(jí)寫入就緒表，回調(diào)函數(shù)任務(wù)根據(jù)優(yōu)先級(jí)執(zhí)行回調(diào)函數(shù)。

　?、?定義信號(hào)量OSTmrSemCallback（初始值0 ），當(dāng)定時(shí)完成后，發(fā)送此信號(hào)量，激活回調(diào)函數(shù)任務(wù)，以執(zhí)行回調(diào)函數(shù)。

　　2.2 與軟件定時(shí)器相關(guān)的函數(shù)函數(shù)與任務(wù)的改進(jìn)

　　2.2.1 軟件定時(shí)器創(chuàng)建函數(shù)OSTmrCreate