μCOS-II軟件定時(shí)器管理算法分析及改進(jìn)

1、    C/OS-II軟件定時(shí)器管理算法分析及改進(jìn)摘要：實(shí)現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導(dǎo)放大器-電容(OTAC)連續(xù)時(shí)間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和具體實(shí)現(xiàn)，使用外部可編程電路對所設(shè)計(jì)濾波器帶寬進(jìn)行控制，并利用ADS軟件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為126 MHz，阻帶抑制率大于35 dB，帶內(nèi)波紋小于05 dB，采用18 V電源，TSMC 018m CMOS工藝庫仿真，功耗小于21 mW，頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：Butte 1、概述軟件定時(shí)器是一種軟件措施，通過它可以使一項(xiàng)特定的任務(wù)在

2、給定的時(shí)間段后被執(zhí)行。軟件定時(shí)器廣泛地應(yīng)用于內(nèi)核設(shè)計(jì)和應(yīng)用程序設(shè)計(jì)中，例如，一個(gè)進(jìn)程使用軟件定時(shí)器等待其他的進(jìn)程完成特定的動(dòng)作,以使任務(wù)間的操作同步等，因此，對軟件定時(shí)器的高效實(shí)現(xiàn)對提升系統(tǒng)的響應(yīng)效率是至關(guān)重要的。作為一種基礎(chǔ)的軟件措施，C/OS-II1的 V2.86版本中增加了對軟件定時(shí)器的支持。使用C/OS-II提供的軟件定時(shí)器，應(yīng)用程序可以方便地完成特定的定時(shí)任務(wù)。本文對C/OS-II的軟件定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)機(jī)制進(jìn)行簡要分析，然后提出了對C/OS-II的軟件定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行改進(jìn)的方法。2、C/OS-II軟件定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)機(jī)制及算法分析2.1 C/OS-II軟件定時(shí)器的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)C/OS-II實(shí)

3、現(xiàn)軟件定時(shí)器的核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是 OS_TMR，其定義如下：typedef struct os_tmr INT8U OSTmrType; /*應(yīng)該設(shè)置為OS_TMR_TYPE*/OS_TMR_CALLBACK OSTmrCallback; /*指定時(shí)間到達(dá)時(shí)要執(zhí)行的回調(diào)函數(shù)*/void *OSTmrCallbackArg; /*傳遞給回調(diào)函數(shù)的參數(shù)*/void *OSTmrNext; /*軟件定時(shí)器鏈表管理指針*/void *OSTmrPrev;INT32U OSTmrMatch; /*當(dāng)OSTmrTime = OSTmrMatch 時(shí)表示定時(shí)器時(shí)間到*/INT32U OSTmrDly; /*對于

4、周期性定時(shí)器，再次啟動(dòng)定時(shí)器前的延時(shí)時(shí)間*/INT32U OSTmrPeriod; /*對于周期性定時(shí)器，時(shí)鐘周期的長度*/INT8U OSTmrOpt; /*選項(xiàng) (如 OS_TMR_OPT_xxx 等) */INT8U OSTmrState; /*定時(shí)器的狀態(tài)*/ OS_TMR;每個(gè) OS_TMR結(jié)構(gòu)的實(shí)例定義了一個(gè)軟件定時(shí)器，多個(gè)軟件定時(shí)器通過結(jié)構(gòu)中的 OSTmrNext和 OSTmrPrev構(gòu)成一個(gè)定時(shí)器雙向鏈表。為了提高對軟件定時(shí)器的管理效率，C/OS-II引入了“定時(shí)器輪”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所謂定時(shí)器輪，是將定時(shí)器實(shí)例中的 OSTmrMatch域的值參照某一個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的數(shù)（稱為輪數(shù)）進(jìn)行求

5、余運(yùn)算，并根據(jù)求余結(jié)果將定時(shí)器進(jìn)行分組以改善對到期定時(shí)器的命中率。定時(shí)器輪數(shù)缺省配置如下:typedef struct os_tmr_wheel OS_TMR *OSTmrFirst; /*指向第一定時(shí)器的指針*/INT16U OSTmrEntries; /*該定時(shí)器輪中的定時(shí)器項(xiàng)數(shù)*/ OS_TMR_WHEEL;缺省配置下，C/OS-II 定義的輪數(shù)為8，因此，C/OS-II 的定時(shí)器輪為如下的一個(gè)數(shù)組：OS_TMR_WHEEL OSTmrWheelTbl8;例如，在某一個(gè)特定的時(shí)刻,此處假設(shè)時(shí)刻5，系統(tǒng)中有定時(shí)時(shí)間為2ticks、4ticks、5ticks、32ticks、161ticks

6、、357ticks的軟件定時(shí)器，那么，這些定時(shí)器將在時(shí)鐘滴答分別為7、9、10、37、166、362時(shí)到期，則此時(shí)系統(tǒng)的定時(shí)器輪的實(shí)例如圖 1所示：  2.2 C/OS-II軟件定時(shí)器的處理算法分析C/OS-II對定時(shí)器的超時(shí)處理在一個(gè)稱為“uC/OS-II Tmr”的任務(wù)中進(jìn)行,該任務(wù)是通過信號量 OSTmrSemSignal來激活?；谝陨隙x的定時(shí)器輪，C/OS-II對定時(shí)器的處理算法如下：static void OSTmr_Task (void *p_arg)for(;)等待OSTmrSemSignal 信號量并獲得OSTmrWheelTbl 的訪問權(quán)；STmrTi

7、me = OSTmrTime+1，并對8 求余后得到對應(yīng)的定時(shí)器輪項(xiàng)索引index;for OSTmrWheelTblindex定時(shí)器輪中的每一個(gè)定時(shí)器ptmr，doif (OSTmrTime = ptmr->OSTmrMatch) 執(zhí)行ptmr 軟件定時(shí)器中的回調(diào)函數(shù)；對于單次定時(shí)器，從定時(shí)器輪中刪除該時(shí)鐘；對于周期性定時(shí)器，則重置該定時(shí)器的OSTmrMatch 值；釋放對OSTmrWheelTbl 的訪問權(quán)；2.3 C/OS-II的定時(shí)器處理算法的效率分析 采用上面的例子，對C/OS-II的定時(shí)器處理算法效率進(jìn)行一個(gè)簡單的分析：在下一次時(shí)鐘滴答，也就是時(shí)鐘滴答 6時(shí)，沒有定時(shí)器到期，

8、而 for循環(huán)必須對每個(gè)時(shí)鐘進(jìn)行檢查，類似的情況還發(fā)生在自時(shí)鐘到達(dá) 10以后的多個(gè)檢查中。根據(jù)系統(tǒng)中的定時(shí)器的數(shù)量，這種無謂的檢查將占用大量的 CPU時(shí)間。3、對C/OS-II的定時(shí)器管理算法的改進(jìn)3.1 改進(jìn)以后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對C/OS-II的定時(shí)器管理算法進(jìn)行改進(jìn)的主要目標(biāo)是：要么不對定時(shí)器進(jìn)行檢查，要檢查則一定有定時(shí)器到期2。為了達(dá)到這個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)，需要對C/OS-II的定時(shí)器輪進(jìn)行重新設(shè)計(jì)。采用同樣的 OS_TMR數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和 OS_TMR_WHEEL定時(shí)器輪結(jié)構(gòu)，但是，對定時(shí)器輪的每一個(gè)項(xiàng)的功能進(jìn)行重新規(guī)劃：（1）定時(shí)器輪的第 1項(xiàng)到第 7項(xiàng)，即 OSTmrWheelTbl1到 OSTm

9、rWheelTbl7的定時(shí)器輪，分別表示將在此后的第 1個(gè)時(shí)鐘滴答到第 7個(gè)時(shí)鐘滴答將到期的定時(shí)器項(xiàng)，此時(shí)，每個(gè)定時(shí)器結(jié)構(gòu)的 OSTmrMatch中的值表示需要經(jīng)過多少個(gè)時(shí)鐘滴答該定時(shí)器項(xiàng)將到期。在同一個(gè)定時(shí)器輪中的多個(gè)定時(shí)器項(xiàng)通過 OSTmrNext和 OSTmrPrev指針構(gòu)成雙向鏈表。（2）定時(shí)器輪的第 0項(xiàng)，表示將至少需要經(jīng)過 8個(gè)時(shí)鐘滴答才到期的定時(shí)器，并通過OSTmrNext和 OSTmrPrev指針將這些定時(shí)器構(gòu)成雙向鏈表。 針對上面的同一個(gè)例子，按照此規(guī)劃形成的新的定時(shí)器輪如圖 2所示：  3.2 改進(jìn)的處理算法對定時(shí)器的超時(shí)處理仍然在“uC/OS-II T

10、mr”任務(wù)中進(jìn)行,該任務(wù)還是通過信號量OSTmrSemSignal來激活，因此，對于基于該接口調(diào)用的應(yīng)用程序可以不做任何修改即可正常運(yùn)行?；谛乱?guī)劃的定時(shí)器輪，對定時(shí)器的處理算法如下：static void OSTmr_Task (void *p_arg)STmrTime = 0；for(;)等待OSTmrSemSignal 信號量并獲得OSTmrWheelTbl 的訪問權(quán)；STmrTime = OSTmrTime+1；if (OSTmrTime < 8)for OSTmrWheelTblOSTmrTime定時(shí)器輪中的每一個(gè)定時(shí)器ptmr，do執(zhí)行ptmr 軟件定時(shí)器中的回調(diào)函數(shù)；對于單

11、次定時(shí)器，從定時(shí)器輪中刪除該定時(shí)器；對于周期性定時(shí)器，則重置該定時(shí)器的OSTmrMatch 值；else / STmrTime = 8for OSTmrWheelTbl0定時(shí)器輪中的每一個(gè)定時(shí)器ptmr，doptmr->OSTmrMatch = ptmr->OSTmrMatch 8;/已經(jīng)經(jīng)過了8 個(gè)時(shí)鐘滴答；if (ptmr->OSTmrMatch = 0) /到期定時(shí)值正好是8 的倍數(shù)執(zhí)行ptmr 軟件定時(shí)器中的回調(diào)函數(shù)；對于單次時(shí)鐘，從定時(shí)器輪中刪除該定時(shí)器；對于周期性時(shí)鐘重置該定時(shí)器的OSTmrMatch 值；continue;if (ptmr->OSTmrMa

12、tch < 8) /少于8 個(gè)ticks 將到期的定時(shí)器根據(jù)ptmr->OSTmrMatch 的值將ptmr 插入到相應(yīng)的OSTmrWheelTbl定時(shí)器輪中；STmrTime = 0； /重新計(jì)數(shù)滴答；釋放對OSTmrWheelTbl 的訪問權(quán)；3.3改進(jìn)的處理算法的效率分析通過對改進(jìn)以后的算法進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)：在每一個(gè)時(shí)鐘滴答，如果對應(yīng)的定時(shí)器輪的OSTmrFirst指針不為NULL，則在該時(shí)鐘滴答有到期的定時(shí)器，需要調(diào)用對應(yīng)的回調(diào)函數(shù)。通過對定時(shí)器輪進(jìn)行重新規(guī)劃，避免了不必要的定時(shí)器到期檢查，從而可節(jié)省 CPU時(shí)間，提高了運(yùn)行效率。4、結(jié)束語針對本文提出的改進(jìn)算法，本文在基于 ARM7核的 LP