利用實時內(nèi)核開發(fā)嵌入式多任務程序

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1、利用實時內(nèi)核開發(fā)嵌入式多任務程序

2、第1內(nèi)容顯示中摘要：嵌入式系統(tǒng)應用日益復雜化，傳統(tǒng)的前臺/后臺程序開發(fā)機制已經(jīng)不能滿足需求，目前更多地采用搶占式實時內(nèi)核開發(fā)嵌入式多任務系統(tǒng)。實時內(nèi)核為多任務應用程序提供最基本和最重要的服務。本文介紹實時內(nèi)核和多任務，并提出利用實時內(nèi)核進行系統(tǒng)開發(fā)時，根據(jù)系統(tǒng)功能合理構成任務的方法。關鍵詞：實時內(nèi)核多任務任務構造嵌入式系統(tǒng)隨著嵌入式系統(tǒng)的廣泛使用，傳統(tǒng)的前臺/后臺程序開發(fā)機制已經(jīng)不能滿足日益復雜和多樣化的嵌入式應用需求，因而常常采用嵌入式實時操作系統(tǒng)內(nèi)核（簡稱實時內(nèi)核）開發(fā)實時多任務程序。嵌入式實時內(nèi)核提供多任務、任務管理、

3、時間管理、任務間通信和同步、內(nèi)存管理等重要服務，使嵌入式應用程序容易設計和擴展。內(nèi)核是管理微處理器或者微控制器時間的軟件，確保所有時間關鍵的事件盡可能高效地得到處理；允許將系統(tǒng)分成多個獨立的任務，每個任務處理程序的一部分，從而簡化系統(tǒng)的設計過程。一、非搶占式內(nèi)核和搶占式內(nèi)核實時內(nèi)核分為兩種：非搶占式內(nèi)核和搶占式內(nèi)核。這兩種內(nèi)核都由中斷服務例程（ISR）處理異步事件。在非搶占式內(nèi)核中，一個ISR使優(yōu)先級更高的任務就緒，并不立即將CPU控制權交給優(yōu)先級高的任務，而是返回到被中斷的當前任務。只有當前任務執(zhí)行某種操作明確放棄CPU時，優(yōu)先級高的新任務才得到CPU控制

4、權。非搶占式內(nèi)核對實時事件的響應時間不確定，因而極少在實時應用中使用。圖1所示為非搶占式內(nèi)核程序流程：①低優(yōu)先級任務（LPT）執(zhí)行；②低優(yōu)先級任務被中斷；③執(zhí)行中斷服務例程，使高優(yōu)先級任務（HPT）就緒；④中斷服務例程返回到被中斷的低優(yōu)先級任務；⑤低優(yōu)先級任務繼續(xù)執(zhí)行；⑥低優(yōu)先級任務放棄CPU；⑦高優(yōu)先級任務運行。目前在大多數(shù)嵌入式實時多任務系統(tǒng)應用中，對系統(tǒng)實時響應要求很高，因此采用搶占式內(nèi)核確保時間關鍵的任務最先執(zhí)行，使優(yōu)先級最高的就緒任務總是最先得到CPU控制權。優(yōu)先級低的當前任務能夠被優(yōu)先級更高的任務搶占，暫時掛起執(zhí)行，將CPU控制權交給優(yōu)先級高的任

5、務。圖2所示為搶占式內(nèi)核程序流程：①低優(yōu)先級任務執(zhí)行；②異步事件使任務中斷；③響應異步事件，運行中斷服務例程，使高優(yōu)先級任務就緒；④中斷服務例程返回到高優(yōu)先級任務；⑤高優(yōu)先級任務執(zhí)行，直到它被中斷轉(zhuǎn)向執(zhí)行優(yōu)先級更高的任務；⑥高優(yōu)先級任務結束，內(nèi)核切換到低優(yōu)先級任務；⑦低優(yōu)先級任務繼續(xù)執(zhí)行。二、多任務利用實時內(nèi)核開發(fā)嵌入式多任務系統(tǒng)程序，要根據(jù)明確的設計目的確認系統(tǒng)功能，將系統(tǒng)功能合理分解，構造不同的任務，使每個任務負責完成應用要求的一部分功能；并根據(jù)任務相對于其他任務的重要性決定其優(yōu)先級。多個任務彼此獨立運行，具有獨立的私有堆棧空間，在被其他進程搶占時能夠保

6、持任務執(zhí)行線程的上下文。1.任務任務是單線程序列指令形成的一個無限循環(huán)，在系統(tǒng)程序中用函數(shù)表示（如下）。任務執(zhí)行時要調(diào)用內(nèi)核提供的服務，以等待某個事件發(fā)生。事件可以是定時間，或者是另一個任務、一個中斷服務例程發(fā)出事件通知。VoidTask(void){While(true){RunApplication-specificcodes;Waitforeventbycallingaserviceprovidedbythekernel;RunApplication-specificcodes;}}2.任務管理每個任務有5種狀態(tài)；休眠、就緒、運行、等待、中斷。圖3所示

7、為任務之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。休眠狀態(tài)的任務駐留在存儲器中，還未被內(nèi)核使用；就緒狀態(tài)的任務準備執(zhí)行，優(yōu)先級低于當前執(zhí)行的任務，沒有得到CPU控制權；任務得到CPU控制權后就處于運行狀態(tài)；等待事件發(fā)生的任務處于等待狀態(tài)，事件可以是I/O操作完成、共享資源可以利用、時鐘脈沖發(fā)生等；任務執(zhí)行過程被中斷服務例程中斷，任務就處于中斷狀態(tài)。實時內(nèi)核通過任務控制塊（TCB）管理任務。TCB數(shù)據(jù)結構中包括任務的狀態(tài)、優(yōu)先、指向任務棧頂?shù)闹羔?、以及其他與內(nèi)核有關的信息。程序調(diào)用內(nèi)核服務（如調(diào)用內(nèi)核函數(shù)OSTaskCreate）創(chuàng)建任務，為此任務在內(nèi)存中分配一個TCB、進行初始化，使任

8、務從休眠狀態(tài)轉(zhuǎn)變到就緒狀態(tài)。任務可以在多任務執(zhí)行之前靜態(tài)創(chuàng)建，也可以在多任務執(zhí)行過程動態(tài)創(chuàng)建。內(nèi)核為實時多任務應用程序提供任務調(diào)度和轉(zhuǎn)換、任務間通信、定時順等服務，并作為系統(tǒng)調(diào)用提供給任務使用。實時內(nèi)核以事件為基礎、根據(jù)任務執(zhí)行狀態(tài)對任務進行切換，任務的狀態(tài)也隨之相應改變。在實時多任務程序中，內(nèi)存中存在多個任務控制塊以及各個任務獨立的私有堆棧。進行任務切換首先要保存CPU寄存器內(nèi)容到當前任務堆棧，將堆棧指針保存到當前任務的TCB中，然后從新任務的TCB中裝載堆棧指針，并將新任務上下文裝載到CPU寄存器中。這樣就從一個任務轉(zhuǎn)換到另一個任務運行。任務使用這時內(nèi)核

9、提供的定時器系統(tǒng)調(diào)用，可以保持休眠狀態(tài)一段時間，或者