利用實時內核開發(fā)嵌入式多任務程序

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)機制已經不能滿足需求，目前更多地采用搶占式實時內核開發(fā)嵌入式多任務系統(tǒng)。實時內核為多任務應用程序提供最基本和最重要的服務。本文介紹實時內核和多任務，并提出利用實時內核進行系統(tǒng)開發(fā)時，根據系統(tǒng)功能合理構成任務的方法。

    關鍵詞：實時內核 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)內核（簡稱實時內核）開發(fā)實時多任務程序。嵌入式實時內核提供多任務、任務管理、時間管理、任務間通信和同步、內存管理等重要服務，使嵌入式應用程序容易設計和擴展。內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、非搶占式內核和搶占式內核

實時內核分為兩種：非搶占式內核和搶占式內核。這兩種內核都由中斷服務例程（ISR）處理異步事件。在非搶占式內核中，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控制權。非搶占式內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)先級高的任務。圖2所示為搶占式內核程序流程：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，直到它被中斷轉向執(zhí)行優(yōu)先級更高的任務；⑥高優(yōu)先級任務結束，內核切換到低優(yōu)先級任務；⑦低優(yōu)先級任務繼續(xù)執(zhí)行。

二、多任務

利用實時內核開發(fā)嵌入式多任務系統(tǒng)程序，要根據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�？臻g，在被其他進程搶占時能夠保持任務執(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)行時要調用內核提供的服務，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。

Void Task (void)

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