用於實時作業系統的定時方法和系統的製作方法

2023-08-02 14:58:11

專利名稱：用於實時作業系統的定時方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及作業系統領域，更具體地涉及一種用於實時操作系 統的定時方法和系統。
背景技術：
隨著嵌入式實時系統在一^個領i或的廣泛應用，嵌入式壽欠件的開 發也受到越來越多的矚目。而在嵌入式軟體開發中，定時器管理功 能是對嵌入式軟體的實時操作、快速響應影響非常大的一個方面； 同時由於嵌入式實時作業系統對定時器的精度要求遠遠高於通用 作業系統，所以如何儘可能地提高實時作業系統的定時管理精度， 是嵌入式軟體系統需要關注的一個i果題。嵌入式軟體的定時器要求準確，及時；而在嵌入式系統中一般 都沒有方便、現成的軟體定時器可以直接使用。因此，嵌入式系統 中的定時器一^L都通過捕捉實時I喿作系統(RTOS)的系統嘀嗒 (TICK)信號來實5見。目前，嵌入式4欠件定時器的通用衝支術方案如圖1所示。其他的 技術實現同此方案大同小異。採用若干個(L個)一定長度的數組和循環指針變量組成一個循 環計時隊列，循環指4十變量以循環的方式逐一指向各H組元素；這才羊，構成一個單循環隊列(循環隊列長度為L),而這個單循環隊列 的每個節點又是一個單向的有序隊列。當上層應用程式申請定時器時，首先根據待設定定時器的長度 找到循環隊列中相應的節點元素的4立置(TICK遊標+祠"沒定定時 器的時長與循環隊列長度LOOP—QUE—LENGTH相除的餘數)；然得的商)插入到循環隊列該節點上的單向隊列中。在每個計時周期到來時，TICK遊標向前走一4立，查詢該處的 《連表隊列是否為空，如果為空，則不處理；如不為空，則判斷該處 隊列中定時器循環因子值是否為0。如為0,則進行相應的報時操 作，並刪除該定時器資源；如循環因子值不為0，則將循環因子值 減l，然後判斷下一個定時器；當上層應用程式不再需要定時器時， /人循環隊列中刪除該定時器資源。該嵌入式軟體定時器通用的技術方案由於直接使用實時操作 系統的系統嘀嗒信號來實現，理i侖上精度可以達到TICK級的誤差 (TICK的精度由嵌入式系統的硬體確定)， 一般來說，都是可以滿 足嵌入式軟體定時管理功能的要求的。但是，這種通用的軟體定時器方案對於多個定時器同時超時的 精度是無法保證的。比如在時刻1設置一個相對定時器T1，定時器 時間為n毫秒；過了 1毫秒後，又i殳置一個相對定時器T2,定時器 時間為(n-1)毫秒，以此類推，過了 (n-1)毫秒後，設置一個 相對定時器T(n-1)，定時器時間為l毫秒。這樣，在時刻l後n 毫秒，同時就有(n-1 )個定時器超時。這就需要在一個TICK內處理完這n個超時的定時器遍歷這n個定時器鍊表，發送超時消 息，釋放超時的定時器資源(包括對超時定時器數據的處理、對鏈 表節點的刪除以及對釋放後鍊表節點的加入)，如圖2。可見，對每 個定時器超時的處理是需要耗費一定的處理時間的(假設為len)， 很顯然，當n大於(一個TICK的時間/len)時，部分定時器的精度 就無法保證了。同時，考慮到對定時器資源的釋放過程時間較長， 而且在定時器超時處理中佔用了大部分的處理時間，可以預見，n值不會太大，即多個定時器同時超時時，該方案通常是無法保證定 時器的精度的。對於這種情況， 一般的處理方法是一、 不進行處理。在一個TICK內處理的定時器數目較大時， 顯示警告，標明對該種情況，嵌入式軟體不支持。二、 超過一個TICK內能夠處理的定時器閾值數後的超時定時 器移到下一個TICK進行處理(如果數目仍然較大，再移到該TICK 後的第二個TICK進4於處理，依次類4偉，直到處理結束)。該處理方 法可以解決超過閾值數目的超時定時器，但是其精度在原來精度基 礎上多了一個TICK以上的誤差，可能導致定時器精度無法滿足嵌 入式軟體要求。如何揚長避短，既保持通用軟體定時器方案的的高效、可行性 等優點，又避免其可能存在的多個定時器同時超時時精度無法保證 的缺點是更好利用嵌入式軟體定時器的關鍵。發明內容鑑於上述問題，本發明提供了 一種用於實時作業系統的定時方 法和定時系統，以提高定時器的精度。根據本發明的 一 方面，多l供了 一種用於實時才喿作系統的定時方法，包4舌以下步艱《S302,建立用於定時的循環計時隊列；S304， 當循環計時隊列中的未處理的超時定時器的^:目大於1時，記錄超 時定時器在循環計時隊列中的4立置，並中止由超時定時器進4亍定時 的事件。根據本發明的另 一方面，提供了 一種用於實時作業系統的定時 系統，其包"l舌定時隊列建立裝置，用於建立用於定時的循環計時 隊列；定時事4牛中止裝置，用於當循環計時隊列中的未處理的超時 定時器的數目大於1時，記錄超時定時器在循環計時隊列中的位置， 並中止由超時定時器進行定時的事件。通過本發明，可以有效提高嵌入式軟體定時器的精度，特別是 對多個定時器同時超時的情況。而且，本發明對嵌入式軟體系統平 穩性的影響可以忽略不計，具有很高的可操作性。


此處所說明的附圖用來糹是供對本發明的進一步理解，構成本申 請的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並 不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1是通用的定時器管理方案的示意圖；圖2是捕捉TICK信號後， 一個TICK內需要完成的工作示意圖；圖3A至圖3D是4艮據本發明的用於實時才喿作系統的定時方法 及其步驟的流程圖；圖4是衝艮據本發明的用於實時4乘作系統的定時方法的實施例的 用於提高嵌入式定時器精度的方法的示意圖；圖5是捕捉TICK信號後，根據本發明的用於實時作業系統的 定時方法的實施例的定時器的處理流禾呈示意圖；圖6是根據本發明的用於實時作業系統的定時方法的實施例的 定時器設置流程示意圖；圖7是根據本發明的用於實時作業系統的定時方法的實施例的 定時器刪除流禾呈示意圖；以2L圖8是根據本發明的用於實時作業系統的定時系統的框圖。
具體實施方式
下面參考附圖，詳細說明本發明的實施方式。參考圖3A至圖3D,說明根據本發明的用於實時作業系統的定 時方法及其步駛《。如圖3A所示，才艮據本發明的用於實時l喿作系統的定時方法包 :括以下步驟S302,建立用於定時的循環計時隊列；S304,當循環 計時隊列中的未處理的超時定時器的lt目大於1時，i己錄超時定時 器在循環計時隊列中的位置，並中止由超時定時器進行定時的事 件。上述定時方法還可以包括以下步驟S306，當i殳置新定時器時， 首先檢查循環計時隊列中是否存在超時定時器，如果存在，則從循 環計時隊列中刪除超時定時器，再將新定時器插入循環計時隊列 中，否則直4妄將新定時器插入循環計時隊列中。如圖3B所示，步驟S302包括以下步驟S3022,建立由特定 長度的lt組和循環指4十組成的循環計時隊列；S3024，建立用於標 記悽t組和循環指4十的位置變量。如圖3C所述，步驟S304包括以下步驟S3042，當捕捉到嘀 。達信號時，判斷循環計時隊列中的未處理的超時定時器的數目是否 大於l; S3044，如果超時定時器的^:目不大於1，則從循環計時隊 列刪除超時定時器從而中止由超時定時器進行定時的事件，否則， 將超時定時器的位置信息記錄在用於標記數組和循環指針的位置 變量中，並中止由超時定時器進行定時的事件。如圖3D所示，步驟S306包括以下步驟S3062,當設置新定 時器時，；險查用於標i己^:組和循環指4十的位置變量中是否記錄有超 時定時器的位置信息；S3064,如果記錄有超時定時器的位置信息， 則首先根據超時定時器的位置信息從循環計時隊列的相應位置刪 除超時定時器，再進行步驟S3066，否則直接進行S3066; S3066， 才艮才居新定時器的長度計算新定時器在循環計時隊列中的位置，將新 定時器插入到循環計時隊列中的計算得出的位置中。其中，特定長度的數組的長度與實時作業系統允許的最大定時 器悽t目相同。在循環計時隊列中，循環指4十以循環的方式逐一指向 特定長度的^t組。特定長度的lt組是單向有序隊列。新定時器在循 環計時隊列中的^f立置通過以下方法計算新定時器的位置- (循環 計時隊列的起始位置+新定時器的長度與循環計時隊列的長度相 除的餘數)與循環計時隊列的長度相除取餘。在實時才乘作系統中止 運4亍時，刪除定時方法中建立的循環計時隊列和用於標i己悽t組和循 環指針的位置變量。下面i兌明衝艮據本發明的用於實時#:作系統的定時方法的具體 實施例。才艮才居本發明的用於實時才喿作系統的定時方法的實施例中主要包^舌以下步艱《步驟1:建立用於嵌入式軟體定時器的由一定長度的數組和循 環指4十變量組成的循環計時隊列。其中，循環指針變量以循環的方 式逐一指向各^:組元素；這衝羊，構成一個單循環隊列，而這個單循 環隊列的每個節點又是一個單向的有序隊列。同時建立記錄數組位 置(Index)和循環指4十頭〗立置(Headerldlndex)的變量，爿尋其初始 化為空(NULL);建立處理結束標識(HandleOverlnd),將其初始 化為FALSE。其中，循環隊列的結構描述如下typedef struct tagTIMER QUEWORD32 dwTimerNum;/*該節點i殳置的定時器lt量 */ WORD32 Headerld;/*已設置的定時器隊列頭 */ WORD32 Lastld;/*已i殳置的定時器隊列尾 */ }T—TIMER—QUE;定時器控制塊數組需要包括如下信息WORD32dwLo叩Counter; /*定時器循環次數 */WORD32Pno;/*進程號WORD32dwPara;/*定時器參數WORD32dwRemainSec;/*定時器剩餘秒數氺WORD32Timerld;/*定時器IDWORD32Pre Timer;/*前一定時器IDWORD32NextTimer;/*後一定時器ID WORD 16wQuePosition;循環定時器的位置WORD16wTimerNo; /*定時器事件號 */BYTE ucType; /*定時器類型 */BYTE ucUseType; /*定時器l吏用類型 */如圖1所示，循環隊列^1由長度為L的^t組和循環指針變量組 成的。循環隊列的長度L可考慮如下L與系統中最大的定時器數目MAX的大小基本相同，以便當 使用的定時器數目接近MAX個時，定時器可以隨機均勻地分布到 循環隊列的各數組元素中，使定時器負載比較均衡；如果L太小容 易造成倍數值的減操作過多，效率得不到提高；L太大則浪費存儲 空間。為了避免在單循環隊列中引入繁瑣的隊列操作，可以適當增 大L的值。步驟2:在每個硬體中斷(TICK信號)到達後，TICK遊標移 動到循環隊列中相應的節點，並對節點上的隊列進4亍掃描。如果定 時器超時，且超時定時器數目只有一個，貝'W巴超時定時器的消息放 入超時消息隊列，同時刪除定時器資源，乂人單向的有序隊列中脫鏈； 如果超時定時器的數目不止一個，且HandleOverlnd為FALSE (標 明該超時定時器並未進行處理)，則僅4巴對應的多個定時器超時消 息放入超時消息隊列中，而每個TICK中耗時較大的定時器鍊表遍 歷、定時器資源釋方文暫時不進行處理，從而可以有效節省每個TICK 的處理效率，提高同時超時的多個定時器的精度，具體過程如圖4 所示。也就是i兌，在超時定時器的數目不止一個，且HandleOverlnd 為FALSE時，把這些超時定時器的超時消息放入超時消息隊列， 記錄當前超時定時器的數組位置(Index)和循環指針頭位置 (Headerldlndex )，處理完後，設置HandleOverlnd為TRUE (標明 該超時定時器已經進4於處理)；如果超時定時器的悽t目不止一個，式如下新定時器的插入位置=(當前循環計時隊列頭位置+新定時器 時長與循環隊列長度相除的餘悽t)與循環計時隊列長度相除取餘其中，在步驟l中，記錄數組位置和循環指針頭位置的變量， 用於在其他適當時候(比如系統空閒，設置定時器，刪除定時器時)對定時器資源遍歷、釋放時定位使用；處理結束標識用於在處理 TICK信號時對已經超時，其定時器資源在其他時候釋放的節點進 行跳過處理，避免重複處理。其中，在步驟2中，如圖4所示，對同時超時的多個定時器處 理<義4義是4巴對應的多個定時器超時消息》文入超時消息隊列中，而每 個TICK中耗時較大的定時器鍊表遍歷、定時器資源釋放暫時不進 行處理，從而有效的節省了每個TICK的處理效率，提高了同時超 時的多個定時器的精度。設置定時器時是定時器資源釋放的最好時機。由於定時器資源 直接影響到定時器申請，所以在設置定時器之前首先申請定時器資源，保證定時器的資源能夠被順利申請；並在設置定時器之前將超 時定時器刪除，以保證對嵌入式系統的影響最小。在嵌入式軟體模塊或系統中止運行時，釋放定時器循環計時隊 列和i己錄^t組^f立置和循環指4十頭4立置的變量。可見，上述實例中對巴在TICK信號這一有限時間內需要處理完 的操作分成兩部分分別進行處理l)需要立即執行的部分(發送定 時器超時消息)，在TICK信號處理中進行立即處理；2)可以放到其 他時間內處理的部分(對超時定時器所佔資源以及所在位置的處 理)，放到定時器設置和定時器釋放時再進行處理。從而有效的提 高了多個同時超時定時器的精度，這對於提高嵌入式實時作業系統 的快速反應性能是4艮有裨益的。同時，該方法對現有的^L術方案改 動很小，不但可以提高嵌入式軟體定時器的精度，而且可以節省嵌入式軟體定時器的重開發成本和升級成本，在嵌入式軟體領域有很 大的推廣價值和實用價值。參考圖8，-沈明用於實現4艮據本發明的用於實時才喿作系統的定 時方法的定時系統。如圖8所示，根據本發明的用於實時作業系統的定時系統包括 定時隊列建立裝置802,用於建立用於定時的循環計時隊列；定時 事件中止裝置804,用於在循環計時隊列中的未處理的超時定時器 的數目大於1的情況下，記錄超時定時器在循環計時隊列中的位置， 並中止由超時定時器進行定時的事件。上述定時系統還可以包括新定時器設置裝置806，用於在需 要i殳置新定時器的情況下，4企查循環計時隊列中是否存在超時定時 器，如果存在，則從循環計時隊列中刪除超時定時器，再將新定時 器插入循環計時隊列中，否則直接將新定時器插入循環計時隊列中。其中，定時隊列建立裝置802包括隊列建立模塊8022，用於 建立由特定長度的教:組和循環指4十組成的循環計時隊列；變量建立 模塊8024，用於建立用於標記數組和循環指針的位置變量。其中，定時事件中止裝置804包括數目判斷模塊8042，用於 在捕捉到嘀。達信號的情況下，判斷循環計時隊列中的未處理的超時 定時器的數目是否大於l;第一定時器刪除模塊8044,用於在超時 定時器的數目不大於1的情況下，從循環計時隊列刪除超時定時器 從而中止由超時定時器進行定時的事件；定時器記錄模塊8046，用於在超時定時器的4fet目大於1的情況下，將超時定時器的位置信息 記錄在用於標記悽t組和循環指針的位置變量中，並中止由超時定時 器進行定時的事件。其中，新定時器設置裝置806包括定時器檢查模塊8062,用 於在需要設置新定時器的情況下，4全查用於標記數組和循環指針的 位置變量中是否記錄有超時定時器的位置信息；第二定時器刪除模 塊8064,用於在記錄有超時定時器的位置信息的情況下，根據超時 定時器的位置信息從循環計時隊列的相應位置刪除超時定時器；定 時器插入模塊8066,用於根據新定時器的長度計算新定時器在循環 計時隊列中的位置，將新定時器插入到循環計時隊列中的計算得出 的位置中。其中，特定長度的數組的長度與實時作業系統允許的最大定時 器悽t目相同。在循環計時隊列中，循環指4十以循環的方式逐一指向特定長度的4fet組。特定長度的悽史組是單向有序隊列。新定時器在循 環計時隊列中的^f立置通過以下方法計算新定時器的<立置=(循環 計時隊列的起始位置+新定時器的長度與循環計時隊列的長度相 除的餘數)與循環計時隊列的長度相除取餘。其中，定時器插入衝莫塊8066可以包括用於#4居所述新定時器 的長度計算所述新定時器在所述循環計時隊列中的位置的定時器 位置計算模塊。在實時作業系統中止運行時，刪除定時系統中建立的循環計時 隊列和用於標記悽t組和循環指針的位置變量。以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發 明，對於本領域的4支術人員來i兌，本發明可以有各種更改和變化。 凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進 等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1. 一種用於實時作業系統的定時方法，其特徵在於包括以下步驟S302，建立用於定時的循環計時隊列；以及S304，當所述循環計時隊列中的未處理的超時定時器的數目大於1時，記錄所述超時定時器在所述循環計時隊列中的位置，並中止由所述超時定時器進行定時的事件。
2. 根據權利要求1所述的定時方法，其特徵在於，還包括以下步 驟S306，當i殳置新定.時器時，首先4企查所述循環計時隊列 中是否存在所述超時定時器，如果存在，則從所述循環計時隊 列中刪除所述超時定時器，再將所述新定時器插入所述循環計 時隊列中，否則直4^將所述新定時器插入所述循環計時隊列中。
3. 根據權利要求2所述的定時方法，其特徵在於，所述步驟S302 包括以下步驟S3022,建立由特定長度的數組和循環指針組成的循環計 時隊列；S3024，建立用於標記所述數組和所述循環指針的位置變量。
4. 根據權利要求3所述的定時方法，其特徵在於，所述步驟S304 包4舌以下步驟S3042,當捕才足到嘀。達信號時，判斷所述循環計時隊列中 的未處理的所述超時定時器的數目是否大於1;以及S3044,如果所述^￡時定時器的數目不大於1,則從所述 循環計時隊列刪除所述.超時定時器/人而中止由所述超時定時 器進行定時的事件，否則，將所述超時定時器的位置信息記錄 在用於標記所述數組和所述循環指針的位置變量中，並中止由 所述超時定時器進行定時的事件。
5. 根據權利要求4所述的定時方法，其特徵在於，所述步驟S306 包4舌以下步-驟S3062，當設置新定時器時，檢查用於標記所述數組和所 述循環指針的位置變量中是否記錄有所述超時定時器的位置信息；S3064,如果記錄有所述超時定時器的位置信息，則首先 根據所述超時定時器的位置信息從所述循環計時隊列的相應 位置刪除所迷超時定時器，再進行步驟S3066，否則直接進行 S3066;以及S3 066,根據所述新定時器的長度計算所述新定時器在所 述循環計時隊列中的位置，將所述新定時器插入到所述循環計 時隊列中的計算得出的位置中。
6. 根據權利要求5所述的定時方法，其特徵在於，所述特定長度 的數組的長度與所述實時作業系統允許的最大定時器數目相 同。
7. #4居一又利要求5所述的定時方法，其特4正在於，在所述循環計 時隊列中，所述循環指針以循環的方式逐一指向所述特定長度 的數組。
8. 根據權利要求7所述的定時方法，其特徵在於，所述特定長度 的數組是單向有序隊列。
9. 根據權利要求5所述的定時方法，其特徵在於，所述新定時器 在所述循環計時隊列中的位置通過以下方法計算新定時器的 位置=(循環計時隊列的起始位置+新定時器的長度與循環計 時隊列的長度相除的餘悽t)與循環計時隊列的長度相除耳又餘。
10. 根據權利要求3至9中的任一項所述的定時方法，其特徵在於， 在所述實時作業系統中止運行時，刪除所述定時方法中建立的 所述循環計時隊列和用於標記所述數組和所述循環指針的位 置變量。
11. 一種用於實時才喿作系統的定時系統，其特徵在於包括定時隊列建立裝置，用於建立用於定時的循環計時隊列；定時事件中止裝置，用於當所述循環計時隊列中的未處 理的超時定時器的^t目大於1時，記錄所述超時定時器在所述 循環計時隊列中的位置，並中止由所述超時定時器進行定時的 事件。
12. 根據權利要求11所述的定時系統，其特徵在於，還包括新定時器i殳置裝置，用於在需要i殳置新定時器時，4企查 所述循環計時隊列中是否存在所述超時定時器，如果存在，則 從所述循環計時隊列中刪除所述超時定時器，再將所述新定時器插入所述循環計時隊列中，否則直^妄將所述新定時器插入所 述循環計時隊列中。
13. 根據權利要求12所述的定時系統，其特徵在於，所述定時隊 列建立裝置包括隊列建立模塊，用於建立由特定長度的數組和循環指針 組成的循環計時隊列；以及變量建立4莫塊，用於建立用於標i己所述悽t組和所述循環 指針的位置變量。
14. 根據權利要求13所述的定時系統，其特徵在於，所述定時事 件中止裝置包括數目判斷模塊，用於在捕捉到嘀噠信號的情況下，判斷 所述循環計時隊列中的未處理的所述超時定時器的^t目是否大於l;第一定時器刪除模塊，用於在所述超時定時器的數目不 大於1的情況下^人所述循環計時隊列刪除所述超時定時器從而中止由所述超時定時器進^f亍定時的事件；以及定時器記錄模塊，用於在所述超時定時器的數目大於1 的情況下，將所述超時定時器的位置信息記錄在用於標記所述 悽史組和所述循環指針的位置變量中，並中止由所述超時定時器 進行定時的事件。
15. 根據權利要求14所述的定時系統，其特徵在於，所述新定時 器設置裝置包括定時器檢查模塊，用於在需要設置新定時器的情況下， -險查用於標記所述悽t組和所述循環指針的位置變量中是否記 錄有所述超時定時器的位置信息；第二定時器刪除模塊，用於在記錄有所述超時定時器的 位置信息的情況下，根據所述超時定時器的位置信息從所述循環計時隊列的相應<立置刪除所述超時定時器；以及定時器插入模塊，用於根據所述新定時器的長度計算所 述新定時器在所述循環計時隊列中的^f立置，^尋所述新定時器插 入到所述循環計時隊列中的計算得出的位置中。
16. 才艮據^L利要求15所述的定時系統，其特;f正在於，所述特定長 度的數組的長度與所述實時作業系統允許的最大定時器數目 相同。
17. 衝艮據權利要求15所述的定時系統，其特徵在於，在所述循環 計時隊列中，所述循環指4十以循環的方式逐一指向所述特定長 度的lt組。
18. 根據權利要求17所述的定時系統，其特徵在於，所述特定長 度的數組是單向有序隊列。
19. 根據權利要求15所述的定時系統，其特徵在於，所述新定時 器在所述循環計時隊列中的位置通過以下方法計算新定時器 的位置=(循環計時隊列的起始位置+新定時器的長度與循環 計時隊列的長度相除的餘數)與循環計時隊列的長度相除取餘。
20. 根據權利要求15所述的定時系統，其特徵在於，所述定時器 插入模塊包括用於根據所述新定時器的長度計算所述新定時 器在所述循環計時隊列中的位置的定時器位置計算模塊。
21. 4艮據權利要求13至20中的任一項所述的定時系統，其特徵在 於，在所述實時作業系統中止運行時，刪除所述定時系統中建 立的所述循環計時隊列和用於標記所述數組和所述循環指針 的位置變量。
全文摘要
本發明公開了一種用於實時作業系統的定時方法和系統。其中，用於實時作業系統的定時方法包括以下步驟S302，建立用於定時的循環計時隊列；S304，當循環計時隊列中的未處理的超時定時器的數目大於1時，記錄超時定時器在循環計時隊列中的位置，並中止由超時定時器進行定時的事件。通過本發明，可以有效提高嵌入式軟體定時器的精度，特別是對多個定時器同時超時的情況。
文檔編號G06F9/46GK101221512SQ20071000088
公開日2008年7月16日 申請日期2007年1月12日 優先權日2007年1月12日
發明者徐立鋒, 剛 曹, 王澤民 申請人:中興通訊股份有限公司