1、C/OSII 中软件定时器的优缺点与改进类别：消费电子 阅读：954 C/OSII 具有小巧、性能稳定、开源等众多优点，并且 C/OSII 大部分用 ANSI C 语言编写，系统的移植非常容易。在 C/OSII I2.81 及以后的版本中2，加入了对软件定时器的支持，使得 C/OSII 操作系统更加完善。 C/OSII 是一种基于优先级的抢占式操作系统，实时性很强。而系统中软件定时器没有优先级，回调函数顺序执行，这样就降低了系统的实时性。因此，本文对软件定时器进行改进，定时器中加入优先级，回调函数按优先级执行，从而提高系统的实时性。 1 对软件定时器的介绍 C/OSII 系统中的时间管理功能包
2、括任务延时与软件定时器，而软件定时器的主要作用是，对函数周期性或者一次性执行的定时，利用软件定时器控制块与“定时器轮 ”管理软件定时器。定时器控制块的结构如同任务控制块，创建一个定时器时，从空闲定时器控制块链表中得到一个空闲控制块，并对其赋值。软件定时器也需要一个时钟节拍驱动，而这个驱动一般是硬件实现的，一般使用C/OSII 操作系统中任务延时的时钟节拍来驱动软件定时器。每个时钟节拍 OSTmrCtr（全局变量，初始值为 0）增 1， 当 OSTmrCtr 的值等于为 OS_TICKS_PER_SEC /OS_TMR_CFG_TICKS_PER_SEC（此两者的商决定软件定时器的频率）时，调用
3、函数OSTmrSignal（），此函数发送信号量 OSTmrSemSignal（初始值为 0，决定软件定时器扫描任务 OSTmr_Task 的运行）。也就是说，对定时器的处理不在时钟节拍中断函数中进行，而是以发生信号量的方式激活任务 OSTmr_Task（具有很高的优先级）。任务 OSTmr_Task对定时器进行检测处理，包括定时器定时完成的判断、回调函数的执行。C/OSII 2.86 中与软件定时器相关的函数包括： 软件定时器内部静态函数。获取与释放定时器控制块函数 OSTmr_Alloc（）、OSTmr_Free （）；定时器插入相应“时间轮”组函数 OSTmr_Link（）；从相应“时间
4、轮” 组中删除定时器函数OSTmr_Unlink（）；软件定时器任务初始化函数 OSTmr_InitTask（）；定时器扫描任务OSTmr_Task；定时器上锁与解锁函数 OSTmr_Lock（）与 OSTmr_Unlock（）（在C/OSII 2.91 中，此两函数被任务调度锁定与解锁函数代替）。 定时器外部接口函数。定时器创建与删除函数 OSTmrCreate（）、OSTmrDel（）；定时器启动与停止函数 OSTmrStart（）、OSTmrStop（）；定时器剩余时间与当前状态查询函数 OSTmrRemainGet（）、OSTmrStateGet（）；软件定时器的初始化OSTmr_In
5、it（）；发送信号量 OSTmrSemSignal 函数 OSTmrSignal（）；定时器名称查询函数 OSTmrNameGet（）。由于软件定时器的回调函数的执行都是在任务 OSTmr_Task 中执行，如果多个定时器同时定时完成，则在定时器任务中执行多个定时器的回调函数，因此定时器任务的执行时间不确定。而且定时器回调函数是顺序执行的，如果某个定时器回调函数需要尽快执行以实现精确定时，就难以实现了。由于各个定时器没有优先级，因此了影响系统的实时性。 2 对软件定时器的改进 为提高软件定时器回调函数执行的实时性，给每个定时器赋予一个优先级。当定时完成时，并且定时器的回调函数不为空，则把定时器
6、的优先级写于软件定时器就绪表中。任务 OSTmr_Task 对相应“时间轮”检查结束后，如果在扫描各个定时器前软件定时器就绪表为零而扫描之后不为零，则发送信号量激活回调函数任务 OSTmr_TaskCallback。在此任务中，回调函数根据软件定时器就绪表中的优先级执行相应的回调函数，这样就提高了系统的实时性。 2.1 对软件定时器相关数据结构改进 定义结构体 OS_TMR_CALL，存储定时器的回调函数、函数的参数、定时器指针，形式如下： typedefstructos_tmr_call OS_TMR_CALLBACKOSTmrCallback; /回调函数/ void OSTmrCallb
7、ackArg;/回调函数指针/ OS_TMR OSTmr; /定时器指针/ OS_TMR_CALL; 在头文件 ucos_ii.h 中，定义 OSTmrCallbackTblOS_TMR_CFG_MAX，OS_TMR_CFG_MAX 表示系统中配置的软件定时器数量。 在软件定时器控制块中加入成员变量 OSTmrPrio（定时器优先级），删去变量 OSTmrCallback（回调函数）、OSTmrCallbackArg （回调函数参数），为了测试的方便，可暂不删除这两个变量。 定义定时器就绪表： INT8UOSTmrRdyGrp； INT8UOSTmrRdyTblOS_TMR_CFG_MAX/8
8、 + 1； 当定时器定时完成时，把定时器优先级写入就绪表，回调函数任务根据优先级执行回调函数。 定义信号量 OSTmrSemCallback（初始值 0 ），当定时完成后，发送此信号量，激活回调函数任务，以执行回调函数。 2.2 与软件定时器相关的函数函数与任务的改进 2.2.1 软件定时器创建函数 OSTmrCreate 在创建函数 OSTmrCreate 的参数中加入优先级参数 prio。调用创建函数时，对定时器控制块中的成员变量赋值，并给回调函数数组的相应单元赋值，形式如下： OSTmrCallbackTbl prio.OSTmrCallback = callback; OSTmrCal
9、lbackTbl prio.OSTmrCallbackArg = callback_arg; OSTmrCallbackTbl prio.OSTmr = ptmr; 2.2.2 对定时器任务 OSTmr_Task 的改进 当有定时器定时完成，把定时器优先级写入软件定时器就绪表中，并根据就绪表前后的值判断时候发送信号量 OSTmrSemSignal，以激活回调函数任务。任务 OSTmr_Task 的流程如图 1 所示。 图 1 OSTmr_Task 的流程 把定时器优先级写入定时器就绪表的代码如下所示： if （OSTmrTime = ptmrOSTmrMatch ） prio = ptmrOS
10、TmrPrio; pfnct =OSTmrCallprio.OSTmrCallback; if （pfnct != （OS_TMR_CALLBACK）0） /加入定时器回调函数就绪表/ OSTmrRdyGrp|= （INT8U）（1 （INT8U）（prio 0x03）； OSTmrRdyTblprio 0x03|= （INT8U ）（1 （INT8U ）（prio pfnct = OSTmrCallprio.OSTmrCallback; if （pfnct != （OS_TMR_CALLBACK）0） /prio 加入定时器就绪表/ OSTmrCallprio.OSTmrCallbackAr
11、g =（void ）callback_arg; OSSemPost（OSTmrSemCallback）； /发送回调函数执行信号量/ else perr = OS_ERR_TMR_NO_CALLBACK; 而 case OS_TMR_OPT_CALLBACK:部分的代码同上，只是回调函数的参数不需要重新赋值。2.2.4 回调函数任务 OSTmr_TaskCallback（） 在源文件 tmr.c 中加入回调函数任务 OSTmr_TaskCallback（），根据定时器就绪表中的优先级执行相应回调函数，回调函数任务的结构如下所示： static voidOSTmr_TaskCallback（vo
12、id p_arg） /变量定义/ for （；）/ 请求信号量 OSTmrSemCallback OSSemPend（OSTmrSemCallback, 0, （pfnct）（void ）（OSTmrCallprio.OSTmr），OSTmrCallprio.OSTmrCallbackArg）； /执行回调函数/ OSTmr_Lock（）； /定时器上锁/ OSTmr_Unlock（）；/ 定时器解锁/ 由以上代码可知，访问就绪表时定时器上锁，而执行回调函数时处于定时器解锁状态。如果回调函数执行时间较长，在下一个软件定时器节拍到来时，定时器扫描任务可以得到及时的执行，当前回调函数执行完成后，可
13、以及时得执行就绪表中最高优先级定时器的回调函数。由此可以看出，高优先级定时器的回调函数得到及时执行，系统的实时性提高。实验测试发现，在回调函数任务 OSTmr_TaskCallback 中，使用任务调度上锁与解锁比使用定时器上锁与解锁（即信号量的请求）执行速度快一些。毕竟回调函数任务的优先级很高（一般仅次于定时器扫描任务 OSTmr_Task 的优先级），所以使用任务调度锁定比定时器锁定要好一些。当然，还可以使用开关中断的方式对就绪表进行访问，可以根据实际情况选择使用哪种方式。3 实验测试 本次实验使用软件开发环境 IAR 5.30，以基于 CortexM3 内核的路虎 LPC1768 开发板
14、作为硬件实验平台6，对实时操作系统 C/OSII 2.86 进行改进。对改进后的操作系统进行测试，在主函数中创建一个启动任务，在启动任务中创建 4 个周期定时器（系统中“时间轮”数设为 4），赋予不同优先级与定时值，每个定时器控制一个 LED 的闪烁，启动这 4 个定时器。在启动函数中创建 4 个任务，每个任务也是控制一个 LED 灯的闪烁（利用任务延时），之后启动任务挂起。利用 C/OSII CSPY 插件观察各定时器的运行情况，如图 2 所示。 图 2 软件定时器运行界面 经实验测试，系统运行正常，定时器回调函数得到及时的执行，系统实时性得到很大的提高。4 结语 软件定时器改进后，定时器任务的执行时间确定，仅与同时完成定时的定时器数目有关，对处于就绪表中的定时器回调函数按优先级执行，使高优先级定时器的回调函数得到及时的执行，提高了系统的实时性。
