時間片調度在單片機中的運用

要的事情。如何協調好各個事務之間的關系，并有條不紊的執行各個事務，這就需要在編寫程序時采用合適的算法進行處理。一般的方法就

是在單片機中移植操作系統，由操作系統來管理各個事務。但由于系統要占用一定的內部資源，這對本身資源非常有限的單片機來說是不現

實的。所以，很少在單片機中采用操作系統，而是采用時間片輪詢調度的方法進行各任務的管理。

時間片輪詢調度是一種古老而又簡單的算法，廣泛運用于無操作系統的微處理器中。在系統中，每個進程被分配一個時間段，稱作時間片，

即該進程允許運行的時間。如果在時間片結束時進程還在運行，則 CPU 將被剝奪并分配給另一個進程。如果進程在時間片結束前阻塞或結束

，則 CPU 當即進行切換。調度程序所要做的就是維護一張就緒進程列表，當進程用完它的時間片后，它被移到隊列的末尾。

時間片輪詢調度中有趣的一點是如何確定時間片的長度。從一個進程切換到另一個進程是需要一定時間的，因為要保存和裝入寄存器值及內

存映像等保護現場的工作，更新各種表格和隊列等。假如進程切換，有時稱為上下文切換，需要的時間為 5 毫秒，再假設時間片長度設定為

20 毫秒，則在做完 20 毫秒有用的工作之后， CPU 將花費 5 毫秒來進行進程切換。 CPU 時間的 20% 被浪費在了管理開銷上。進程切換時間一定的情

況下，如果時間片長度設定的越小時，這種浪費更明顯。所以，時間片長度與 CPU 利用率是一對不可調和的矛盾，必須處理好它們之間的關

系。

為了提高 CPU 效率，我們可以將時間片長度設得大一些，這時浪費的時間只有就會相對減小。但在一個分時系統中，各個任務對時間片長度

的要求是不一致的。例如在一個系統中，可能要求每秒鐘更新一下顯示內容，每幾十毫秒要掃描一下按鍵，每幾毫秒要檢測一下串口緩沖區

等……可見，各個任務對時間的依賴程度是不一樣的。如果時間片設得太長，某些對實時性要求高的任務可能得不到執行，使得系統的實時

性變差。總之，時間片的設定應滿足對實時性要求最高的那個任務，這樣才能確保每個任務都可以及時得到執行而不被錯過。

要在一個單片機系統中實現時間片輪詢調度，需要依照以下的步驟 :

2 確定任務總數及各個任務實對時間實時性的要求

2 根據任務對時間的要求，確定時間片的長度

2 估算執行每個任務所花費的時間，確保任務能夠在時間片的長度內執行完畢

2 如果任務較大，時間片不足于讓任務執行完，此時可細化該任務

在下面的代碼片段中，共有 4 個任務需要執行，其中串口對實時性的要求最高。串口采用的波特率為 2400Baud ， 8 位數據，無校驗， 1 個停止

位。所以傳輸 1 字節數據所需時間為： 4.17ms ，故將時間片長度設定在 4ms 是合理的。單片機主機系統的時間片處理函數如下所示：

#pragma interrupt_handler timer1_ovf_isr:9

void timer1_ovf_isr(void)

{

//TIMER1 has overflowed

TCNT1H = 0xF0; //reload counter high value

TCNT1L = 0x60; //reload counter low value

TimeCount++;

if(TimeCount==50){TimeCount=0; CC1100_SendFlag=1;} // 無線收發任務處理標志

TimeOver(); // 超時檢測函數

Alarm_Detect(); // 告警檢測函數

DealComFlag=1; // 串口任務處理標志

}

在主函數中，根據標志位調用相應的函數進行數據處理，然后將標志位清除，等到下一個時間片到來后再開始新一輪的數據處理。

int main(void)

{

if(CC1100_SendFlag==1) { ... ; CC1100_SendFlag=0; } // 無線收發任務處理標志

if(DealComFlag==1){ ... ; DealComFlag=0; } // 串口任務處理標志

......

}