無紙記錄儀實時多任務調度策略的研究

實時多任務系統應用極其廣泛，幾乎滲透到各行各業，系統分類也很復雜。雖然不同的應用在實現模式上不完全一樣，但核心思想是一致的。在嵌入式系統中，實時多任務機制是依靠啟動之后運行的一段后臺任務管理程序實現的。應用程序運行在該管理器程序之上。后臺根據各個任務的要求，進行資源管理、消息管理、任務調度、異常處理等工作。其首要目的是調度一切可利用的資源實現實時控制任務。

　　實時系統主要有兩大類：軟實時系統和硬實時系統。軟實時系統的宗旨是使各個任務運行的越快越好，并不要求限定某一任務必須在多長時間內完成。在硬實時系統中，各任務不僅要執行無誤而且要做到準時。大多數實時系統都是二者的結合。對于一個復雜任務系統，任務調度模式的選用是其系統架構的一個重點。無紙記錄儀具有多層次的界面管理和較高的實時響應需求，由此選擇與之相適應的系統任務調度模式是勢在必行的。

　　本論文綜合考慮了各任務響應的實時性需求，對任務進行了創造性的調整，進而將軟實時系統和硬實時系統進行了有機的結合，規劃出最為合理的任務調度模式。

　　1 記錄儀實時多任務的特點

　　通常的實時多任務操作系統都比較龐大，對于由單片機(80C320)組成的實時系統是不適用的。由于單片機的運算能力和內存有限，要求實時操作系統具有簡單實用、高效可靠的特性。就記錄儀而言，其任務和功能是預知的，則內存和文件管理系統可簡化，甚至取消[1]。因為任務對存儲器的要求是明確的，這樣就可以使用固定和獨立的存儲區域分配方案，無需通過OS來控制和分配。因此，實時多任務操作系統就可以簡化為基于任務調度與時鐘中斷管理為核心的調度模塊。記錄儀中的任務狀態有四種：運行、就緒、等待、掛起，睡眠狀態并入等待，不再另加以區分。

　　2 任務的劃分、組織和調度

　　2.1 任務的劃分

　　在單片機實時多任務系統中，實現實時多任務機制的關鍵在于將系統功能合理地分解成各個任務模塊。劃分任務的原則： 功能相對獨立，并能與其他程序同時執行的程序劃分為一個任務。但任務劃分不能太細，否則將增加任務切換的系統開銷，降低系統效率并影響系統響應的實時性。文獻[2]指出，應盡量將關系密切的任務合并，減少任務間的通信。綜合考慮任務的實時性和執行時間，記錄儀的十個任務可分為三類：

　　(1)高優先級任務：下位機上傳采樣值的處理，虛擬通道組織，報警處理。這類任務實時性要求高，執行時間0.1s，如采樣值處理任務，記錄儀要保存采樣值作為歷史數據，保存過程中要加上時標，采樣值正確而時標錯誤的記錄是無效的。

　　(2)低優先級任務：按鍵響應、顯示、PID控制、流量積算。這類任務執行時間0.2s，任務實時性要求一般。如按鍵響應任務，延遲0.5s是可以容忍的。

　　(3)后臺任務：存儲、打印、與管理機(PC)通信。這類任務的執行時間>1s，對實時性的要求最低。

　　2.2 任務的組織

　　系統上電，初始化每個任務的固定任務棧，建立任務隊列狀態表和任務控制表(TCB)，這兩張表是任務調度的依據。任務隊列狀態表由高優先級、低優先級、后臺任務三張子表組成;任務控制表由任務首地址、狀態寄存器、任務局部變量三部分組成，數據結構見圖1。

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