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时间触发的嵌入式系统-word版边看边抄录

2020-01-26 12:49发布

15条回答

2020-01-27 21:29

本帖最后由 zhongpeng123 于 2013-10-29 13:48 编辑

第13章调度器的介绍 187
本章将介绍对应于许多现代桌面系统中的“Windows”（或其他操作系统），调度器将在嵌入式系统中扮演类似的角 {MOD}。
13.1  引言 187
  在前面第1篇和第2篇的基础之上，我们现在能够详细讨论为8051系列微控制器创建时间触发系统的方法。
为了实现这种系统，将使用调度器。这是一种用于嵌入式系统的非常简单的运行环境。在这个介绍性的章节中，我们将说明什么是调度器以及合作式调度和抢占式调度之间的区别。同时将说明为什么使用合作式调度器将有助于使即便是最小的嵌入式系统也易于开发而且运行得更加可靠。
首先简要地回顾桌面系统使用操作系统的原因，并说明为什么这样的操作系统不适用于奉书所讨论的嵌入式系统，并以此作为本章其余部分的讨论基础。
13.2  桌面操作系统 187
  正如在序言里说明的，本书假定读者已经具有台式机应用软件开发的经验。在第1章中已讨论过，在许多信息系统中，桌面/工作站环境和诸如文字处理软件的通用桌面应用程序占主导地位。现代桌面环境的普遍特征是：用户通过高分辨率的图形屏幕加上键盘和鼠标与应用程序交互。操作系统以及相关的程序库为这种复杂的用户界面提供了支持。
在这样的一个平台上，通常用户所需要的程序（诸如文字处理软件）及全部数据（诸如文字处理软件处理的文件）都在需要时从磁盘实时读取。图13.1显示了这种文字处理软件的典型运行环境。在这里应用和底层硬件被隔离开来。例如，当用户想要将最新的小说保存在磁盘上时，文字处理软件将大多数必要的工作交给操作系统完成。随后，操作系统将许多硬件相关的命令交给BIOS（基本输入，输出系统）。
操作系统（或BIOS）对于台式PC机来说并不是必不可少的。然而，对于大多数用户来说，个人电脑的主要优点是它的灵活性。换句话说，同样的设备可以运行成千上万不同的程序。
page 188
如果PC没有操作系统，那么这些程序中的每一个都将需要能够独立实现所有的底层功能。这样。其效率将非常低，而且将使系统更加昂贵。周时也很可能将导致错误，因为即使是最小的程序也必须复制许多功能。
想象一下没有Windows(或UNIX)的世界会是个什么样子，可以加深对这个问题的认识，考虑一个曾经在Pc上广泛使用的早期操作系统-DOS。用过DOS应用程序的读者可能会记得，每个程序都必必须提供合适的打印机驱动程序。如果打印机后来有所变化，通常意味着必须升级PC上的每个应用程序来使用新的硬件。有了Windows后，就不会出现这样的问题，当购买了新打印机时．只需要一个驱动程序。安装了驱动程序之后，计算机上的每个程序都可以直接使用这个新的硬件。
对桌面操作系统的一种看法是：它用来运行多个程序，并且提供这些程序需要的“公共代码”（用于打印、文件存储、图形显示等等）。这减少了相同程序模块的复制，降低了出错的机会，从而使整个系统更加可靠并易于维护。

图13.1运行文字处理软件的桌面计算机系统的BIOS/OS多层结构的原理示意图

图13.2桌面系统中操作系统的作用的原理示意图
13.3  对超级循环结构的评价 188
现代桌面操作系统的许多特性（诸如图形显示、打印以及磁盘存取）对于嵌入式系统价值不大。嵌入式系统中没有很复杂的图形屏幕、打印机和磁盘。
page 189
  因此，正如在第9章看到的，许多简单的嵌入式系统所使用的软件结构都是一种超级循环。
（源程序清单13.1）的形式。
/*************** Main.C简单的超级循环应用的结构***********/
#include "x.h "/*--------------*/
void main(void)
{
   //准备任务x
   X_Init();
   while (1)//“死循环”（超级循环）
   {
      x( )； //执行任务
   }
}
/*文件结束*/
源程序清单13.1  简单超级循环的部分演示

  源程序清单13.1中展示的超级循环结构的主要优点是：
  (1)简单，因此易于理解；
  (2)几乎不占用系统存储器或CPU资源。
  然而，“没有投入也就没有回报”。超级循环占用很少的存储器和处理器资源是因为它们几乎不为开发人员提供什么功能。尤其是这种结构，它很难在精确的时间间隔执行任务X。正如我们将看到的，这种限制是一个非常大的缺点。
例如：考虑从一系列不同的嵌入式项目汇集的许多要求（没有特别的前后顺序）：
●  必须以0.5s间隔测量汽车的当前速度。
●  每秒必须刷新显示40次。
●  计算出来的新的油门位置必须每隔0.5s输出。
●  必须每秒执行20次时间-频率变换。
●  如果已经发出警报，则必须在20分钟之后关掉（法律上的要求）。
●  当前门被打开时，如果在30s内没有输入正确的口令，则必须发出警报。
●  必须每秒采样1000次发动机振动数据。
●  必须每秒执行20次频域数据分类。
●  必须每200ms扫描一次键盘。
●  主机（控制）节点必须每秒与所有其他节点（传感器节点和发出警报节点）通信一次。
page 190
●  必须每0.5s计算一次新的油门位置。
●  传感器必须每秒采样一次。
总结这个列表可以发现，许多嵌入式系统必须在某些时刻执行任务。更具体地说，需要执行的任务分为两种：
●  周期性任务，（比方说）每l00ms执行一次
●  单次任务，（比方说）在50ms的延迟之后执行一次
利用源程序清单13.1所示的基本结构很难实现上述任务。例如，假设必须每隔200ms起动任务X，而完成该任务需要10ms。源程序清单13.2说明了修改源程序清单13.1中的代码以实现这个要求的一种方法。
/*--------------------------------------------------------*/
void main(void)
(
   Init_System ();
   while(1)  //“死循环”（超级循环）
   {
      x()；  //执行任务(耗时10ms;)
      Delay_190ms(); //延迟190ms
   }
}
源程序清单13.2使用超级循环结构来每隔一段时间执行一次任务

  源程序清单13.2中说明的方法通常是难以实际运用的，因为只有当满足以下条件时它才能工作：
  1．知道任务X的精确的运行时间
  2．这个运行时间永不变化
  在实际系统中．很难确定任务的精确运行时间。假设有一个非常简单的任务，不与外界相互作用，而仅仅执行某些内部计算。即使在这种相当有限的情况下，改变编译程序优化设置，或者即使是改变一些表面上不相关的程序部分，也可能改变任务运行的速度。这使得调节定时的过程非常乏味并且易于出错。
  第二种条件更是问题多多。在嵌入式系统中，任务往往需要以复杂的方式与外界相互作用。在这种情况下，任务的运行时间将随着外界行为的变化而变化，而程序员极难控制这种变化。

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