时间片调度在单片机中的运用

2019-04-15 17:59发布

转自:http://blog.sina.com.cn/s/blog_65f813c20100qfxj.html     单片机在系统中充当CPU的角 {MOD},需要同时处理多个事务。如与PC机通信,将收到的信息转发给从机,监视数据处理情况等一些繁杂而又重要的事情。如何协调好各个事务之间的关系,并有条不紊的执行各个事务,这就需要在编写程序时采用合适的算法进行处理。一般的方法就是在单片机中移植操作系统,由操作系统来管理各个事务。但由于系统要占用一定的内部资源,这对本身资源非常有限的单片机来说是不现实的。所以,很少在单片机中采用操作系统,而是采用时间片轮询调度的方法进行各任务的管理。 时间片轮询调度是一种古老而又简单的算法,广泛运用于无操作系统的微处理器中。在系统中,每个进程被分配一个时间段,称作时间片,即该进程允许运行的时间。如果在时间片结束时进程还在运行,则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束,则CPU当即进行切换。调度程序所要做的就是维护一张就绪进程列表,当进程用完它的时间片后,它被移到队列的末尾。 时间片轮询调度中有趣的一点是如何确定时间片的长度。从一个进程切换到另一个进程是需要一定时间的,因为要保存和装入寄存器值及内存映像等保护现场的工作,更新各种表格和队列等。假如进程切换,有时称为上下文切换,需要的时间为5毫秒,再假设时间片长度设定为20毫秒,则在做完20毫秒有用的工作之后,CPU将花费5毫秒来进行进程切换。CPU时间的20%被浪费在了管理开销上。进程切换时间一定的情况下,如果时间片长度设定的越小时,这种浪费更明显。所以,时间片长度与CPU利用率是一对不可调和的矛盾,必须处理好它们之间的关系。     为了提高CPU效率,我们可以将时间片长度设得大一些,这时浪费的时间只有就会相对减小。但在一个分时系统中,各个任务对时间片长度的要求是不一致的。例如在一个系统中,可能要求每秒钟更新一下显示内容,每几十毫秒要扫描一下按键,每几毫秒要检测一下串口缓冲区等……可见,各个任务对时间的依赖程度是不一样的。如果时间片设得太长,某些对实时性要求高的任务可能得不到执行,使得系统的实时性变差。总之,时间片的设定应满足对实时性要求最高的那个任务,这样才能确保每个任务都可以及时得到执行而不被错过。 要在一个单片机系统中实现时间片轮询调度,需要依照以下的步骤: ²     确定任务总数及各个任务实对时间实时性的要求 ²     根据任务对时间的要求,确定时间片的长度 ²     估算执行每个任务所花费的时间,确保任务能够在时间片的长度内执行完毕 ²     如果任务较大,时间片不足于让任务执行完,此时可细化该任务        在下面的代码片段中,共有4个任务需要执行,其中串口对实时性的要求最高。串口采用的波特率为2400Baud8位数据,无校验,1个停止位。所以传输1字节数据所需时间为:4.17ms,故将时间片长度设定在4ms是合理的。单片机主机系统的时间片处理函数如下所示:   #pragma interrupt_handler timer1_ovf_isr:9 void timer1_ovf_isr(void) { //TIMER1 has overflowed TCNT1H = 0xF0;        //reload counter high value TCNT 1L = 0x60;           //reload counter low value TimeCount++; if(TimeCount==50){TimeCount=0; CC1100_SendFlag=1;}    //无线收发任务处理标志 TimeOver();                    //超时检测函数 Alarm_Detect();             //告警检测函数 DealComFlag=1;          //串口任务处理标志 }      在主函数中,根据标志位调用相应的函数进行数据处理,然后将标志位清除,等到下一个时间片到来后再开始新一轮的数据处理。                                                       int main(void) {    if(CC1100_SendFlag==1) { ... ; CC1100_SendFlag=0; }    //无线收发任务处理标志 if(DealComFlag==1){ ... ; DealComFlag=0; }                         //串口任务处理标志    ...... }