μC/OSII中的軟件定時器改進

　　μC/OSII具有小巧、性能穩(wěn)定、開源等眾多優(yōu)點，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)先級的搶占式操作系統(tǒng)，實時性很強。而系統(tǒng)中軟件定時器沒有優(yōu)先級，回調(diào)函數(shù)順序執(zhí)行，這樣就降低了系統(tǒng)的實時性。因此，本文對軟件定時器進行改進，定時器中加入優(yōu)先級，回調(diào)函數(shù)按優(yōu)先級執(zhí)行，從而提高系統(tǒng)的實時性。

　　1 對軟件定時器的介紹

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

　　軟件定時器也需要一個時鐘節(jié)拍驅(qū)動，而這個驅(qū)動一般是硬件實現(xiàn)的，一般使用μC/OSII操作系統(tǒng)中任務延時的時鐘節(jié)拍來驅(qū)動軟件定時器。每個時鐘節(jié)拍OSTmrCtr(全局變量，初始值為0)增1， 當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器的頻率)時，調(diào)用函數(shù)OSTmrSignal()，此函數(shù)發(fā)送信號量OSTmrSemSignal(初始值為0，決定軟件定時器掃描任務OSTmr_Task的運行)。也就是說，對定時器的處理不在時鐘節(jié)拍中斷函數(shù)中進行，而是以發(fā)生信號量的方式激活任務OSTmr_Task(具有很高的優(yōu)先級)。任務OSTmr_Task對定時器進行檢測處理，包括定時器定時完成的判斷、回調(diào)函數(shù)的執(zhí)行。

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

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

　　② 定時器外部接口函數(shù)。定時器創(chuàng)建與刪除函數(shù)OSTmrCreate()、OSTmrDel();定時器啟動與停止函數(shù)OSTmrStart()、OSTmrStop();定時器剩余時間與當前狀態(tài)查詢函數(shù)OSTmrRemainGet()、OSTmrStateGet();軟件定時器的初始化OSTmr_Init();發(fā)送信號量OSTmrSemSignal函數(shù)OSTmrSignal();定時器名稱查詢函數(shù)OSTmrNameGet()。

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

　　2 對軟件定時器的改進

　　為提高軟件定時器回調(diào)函數(shù)執(zhí)行的實時性，給每個定時器賦予一個優(yōu)先級。當定時完成時，并且定時器的回調(diào)函數(shù)不為空，則把定時器的優(yōu)先級寫于軟件定時器就緒表中。任務OSTmr_Task對相應“時間輪”檢查結(jié)束后，如果在掃描各個定時器前軟件定時器就緒表為零而掃描之后不為零，則發(fā)送信號量激活回調(diào)函數(shù)任務OSTmr_TaskCallback。在此任務中，回調(diào)函數(shù)根據(jù)軟件定時器就緒表中的優(yōu)先級執(zhí)行相應的回調(diào)函數(shù)，這樣就提高了系統(tǒng)的實時性。

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

　?、?定義結(jié)構(gòu)體OS_TMR_CALL，存儲定時器的回調(diào)函數(shù)、函數(shù)的參數(shù)、定時器指針，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)中配置的軟件定時器數(shù)量。

　?、?在軟件定時器控制塊中加入成員變量OSTmrPrio(定時器優(yōu)先級)，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，可暫不刪除這兩個變量。

　?、?定義定時器就緒表：

　　INT8UOSTmrRdyGrp;

　　INT8UOSTmrRdyTbl[OS_TMR_CFG_MAX/8 + 1];

　　當定時器定時完成時，把定時器優(yōu)先級寫入就緒表，回調(diào)函數(shù)任務根據(jù)優(yōu)先級執(zhí)行回調(diào)函數(shù)。

　?、?定義信號量OSTmrSemCallback(初始值0 )，當定時完成后，發(fā)送此信號量，激活回調(diào)函數(shù)任務，以執(zhí)行回調(diào)函數(shù)。

　　2.2 與軟件定時器相關(guān)的函數(shù)函數(shù)與任務的改進

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

　　在創(chuàng)建函數(shù)OSTmrCreate的參數(shù)中加入優(yōu)先級參數(shù)prio。調(diào)用創(chuàng)建函數(shù)時，對定時器控制塊中的成員變量賦值，并給回調(diào)函數(shù)數(shù)組的相應單元賦值，形式如下：

　　OSTmrCallbackTbl [prio].OSTmrCallback = callback;

　　OSTmrCallbackTbl [prio].OSTmrCallbackArg = callback_arg;

　　OSTmrCallbackTbl [prio].OSTmr = ptmr;