通過任務分割提高嵌入式系統(tǒng)的實時性

時間：2024-09-14 01:54:49 理工畢業(yè)論文我要投稿

相關推薦

摘要：分析長任務對嵌入式系統(tǒng)實時性的影響，在此基礎上提出任務分割是提高嵌入式系統(tǒng)實時性的一種有效途徑；總結(jié)長任務分割的方法，給出一個通過任務分割提高嵌入式系統(tǒng)實時性的實例。

引言

隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，人們對系統(tǒng)實時性的要求越來越高。計算機技術的進步客觀上也為進一步提高實時性提供了可能。因此近年來，嵌入式實時系統(tǒng)的研究已經(jīng)成為單片同應用領域的又一大熱點，實編排軟件也越來越多，有商業(yè)軟件，也有免費的代碼。然而影響系統(tǒng)實時性的因素很多，有硬件，也有軟件的。這就決定了提高系統(tǒng)的實時性并不是一件十分容易的事情，除了使用高性能的CPU和高效的實時內(nèi)核外，在實時系統(tǒng)應用的過程中，還要結(jié)合具體情況進行具體分析，充分利用CPU的效率，挖掘內(nèi)核的實時潛能。

1 任務與嵌入式多任務實時系統(tǒng)

1.1 任務與多任務

在嵌入式多任務實時系統(tǒng)時，任務是指一個程序分段。這個分段被操作系統(tǒng)當作一個基本單元來調(diào)度。

典型地，每個任務都是一個無限的循環(huán)，而且在同一時刻只能處于以下5種狀態(tài)之一。這5種狀態(tài)是休眠態(tài)、就緒態(tài)、運行態(tài)、等待態(tài)和被中斷態(tài)，如圖1所示。

多任務系統(tǒng)的執(zhí)行過程實際上就是一系列任在這5種狀態(tài)中循環(huán)流動、輪流被內(nèi)核調(diào)度的過程。多任務運行使CPU的利用率得到最大的發(fā)揮，并使應用程序模塊化。

1.2 嵌入式多任務實時系統(tǒng)

RTOS本質(zhì)上就是嵌入的實時內(nèi)核，它負責管理各個任務，或者說是為每上任務分配CPU時間，并且負責任務之間的通信。實時內(nèi)核可分為可剝奪型和不同剝奪型兩類。因此，按照所使用內(nèi)核的不同，嵌入式實時系統(tǒng)也可分為兩類：使用不可剝奪型內(nèi)核的嵌入式實時系統(tǒng)和使用可剝奪型內(nèi)核的嵌入式實時系統(tǒng)。

2 實時系統(tǒng)中的長任務問題

2.1 長任務的定義

在RTOS中，長任務就是指整個任務的執(zhí)行時間較長，超出了RTOS中其它某一個或某幾個任務的實時要求容限，而對整個RTOS的實時性構(gòu)成威脅的那些任務。

2.2 長任務對RTOS的影響

當使用可剝奪型實時內(nèi)核時，長任務由于執(zhí)行的時間較長，因而更容易被高優(yōu)先級的任務打斷；一旦高優(yōu)先級的任務進入了就緒態(tài)，當前任務的CPU使用權就被剝奪了，或者說任務被掛起了，那個高優(yōu)先級的任務立刻得到了CPU的控制權。這樣會出現(xiàn)兩個問題：一是長任務可能在一次執(zhí)行的過程中被頻敏打斷，長時間得不到一次完整的執(zhí)行；二是長任務被打斷時，可能要保存大量的現(xiàn)場信息，其目的是為了保證在高優(yōu)先級的任務執(zhí)行完返回后，長任務能得以繼續(xù)執(zhí)行。然而，這樣做要占用一定的系統(tǒng)資源，同時保存現(xiàn)場本身也是要占用CPU時間的，因此，實時性也會下降。

當使用不可剝奪型實時內(nèi)核時，長任務對RTOS的影響更為明顯，因為在這種內(nèi)核中，任務級響應時間取決于最長的任務執(zhí)行時間。這也就是說由于長任務的存在，任務級的響應時間要變長。其結(jié)果是CPU長時間停留在長任務中，其它的任務得不到實時的響應，甚至于根本得不到執(zhí)行，系統(tǒng)的實時性勢必要下降。