VxWorks幾種常用的延時(shí)方法

嵌入式系統(tǒng)中，一個(gè)任務(wù)往往需要在特定的延時(shí)之后執(zhí)行一個(gè)指定的動(dòng)作，比如等待外設(shè)以確保數(shù)據(jù)可靠，控制揚(yáng)聲器發(fā)聲時(shí)間以及串口通信超時(shí)重發(fā)等。這就需要利用定時(shí)器機(jī)制來計(jì)量特定長(zhǎng)度的時(shí)間段。VnWorks作為實(shí)時(shí)嵌入式系統(tǒng)，提供多樣的定時(shí)接口函數(shù)。下面列舉一些常用的定時(shí)方式，并說明其注意事項(xiàng)。

1 taskDelav
    taskDelay(n)使調(diào)用該函數(shù)的任務(wù)延時(shí)n個(gè)tick(內(nèi)核時(shí)鐘周期)。該任務(wù)在指定的時(shí)間內(nèi)主動(dòng)放棄CPU，除了taskDelay(0)專用于任務(wù)調(diào)度(將CPU交給同一優(yōu)先級(jí)的其他任務(wù))外，任務(wù)延時(shí)也常用于等待某一外部事件，作為一種定時(shí)／延時(shí)機(jī)制。在沒有中斷觸發(fā)時(shí)，taskDelay能很方便地實(shí)現(xiàn)，且不影響系統(tǒng)整體性能。例如寫數(shù)據(jù)至EEPROM，EEPROM需要一個(gè)內(nèi)部擦除時(shí)間(最大擦除時(shí)間為lOms)。以下所提及的一個(gè)tick都假設(shè)為16．67 ms(1／60 s)。可以簡(jiǎn)單地調(diào)用taskDelay(2)來保證數(shù)據(jù)擦寫完成。按理說taskDelay(1)就足以保證，為什么需要taskDelay(2)呢?
    這正是taskDelay使用的一個(gè)缺陷，使用時(shí)需要注意。taskDelay(n)表示任務(wù)延時(shí)至第n個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘到來的時(shí)刻，如圖1所示。如果在A時(shí)刻調(diào)用taskDelay(1)僅延時(shí)5 ms，則在B時(shí)刻taskDelay(1)就剛好是一個(gè)tick周期?？梢娦枰?0 ms的延時(shí)就必須調(diào)用taskDelay(2)才能實(shí)現(xiàn)。taskDelay有接近一1個(gè)tick的誤差存在，taskDelay(n)實(shí)際上是延時(shí)(n-1)tick～n tick的時(shí)間。延時(shí)精度為l／n，延時(shí)1s就是taskDelay(60)的誤差極限為1．6％，而taskDelay(1)的誤差極限將是100％。
    使用taskDelay需注意的另外一點(diǎn)是：即使經(jīng)過n個(gè)tick，調(diào)用延時(shí)的任務(wù)也不保證返回執(zhí)行狀態(tài)，可能有更高或相同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)占用了CPU。

2 WatchDog
    VxWorks提供了一種通用的看門狗定時(shí)器機(jī)制。利用提供的函數(shù)，任何任務(wù)都可以創(chuàng)建一個(gè)看門狗定時(shí)器，經(jīng)過指定的延時(shí)后，實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)時(shí)鐘ISR的上下文中運(yùn)行指定的程序。需要注意的是，看門狗定時(shí)觸發(fā)的程序是在中斷級(jí)別上執(zhí)行，而不是在任務(wù)的上下文中。因此，看門狗定時(shí)掛接的程序編寫有一定的限制，這個(gè)限制條件與中斷服務(wù)程序的約束是一樣的。比如，不能使用獲取信號(hào)量的語句，以及像printf()這樣的I／O系統(tǒng)函數(shù)。
    通過wdCreate()可以創(chuàng)建一個(gè)看門狗定時(shí)器。調(diào)用wdStart()啟動(dòng)定時(shí)器，延時(shí)參數(shù)同taskDelay一樣以tick為單位，同時(shí)還須指定定時(shí)完成后要調(diào)用的程序。如果應(yīng)用程序同時(shí)需要多個(gè)看門狗函數(shù)，則應(yīng)使用wdCreate()產(chǎn)生多個(gè)獨(dú)立的看門狗ID。因?yàn)閷?duì)于給定的看門狗ID，通過wdStart()只能關(guān)聯(lián)一個(gè)看門狗函數(shù)。在指定的tick計(jì)數(shù)到達(dá)之前，要取消一個(gè)看門狗計(jì)時(shí)器，可以通過調(diào)用wdCancel()實(shí)現(xiàn)。每調(diào)用一次wdStart()，看門狗定時(shí)器只執(zhí)行一次，因此對(duì)于一些要求周期性執(zhí)行的應(yīng)用程序，要獲得該效果，則定時(shí)器函數(shù)本身必須通過遞歸調(diào)用wdStart()來重新啟動(dòng)定時(shí)器。
    如果利用看門狗定時(shí)器實(shí)現(xiàn)延時(shí)，則存在與taskDelay一樣的精度上的缺陷，以tick為基準(zhǔn)．并且看門狗關(guān)聯(lián)的函數(shù)所受的限制很大，這也是使用不便的一個(gè)方面。不過啟動(dòng)看門狗的任務(wù)不會(huì)被阻塞，因?yàn)閣dStart()調(diào)用立即返回并繼續(xù)執(zhí)行。

3 sleep／nanosleep
    sleep()和nanosleep()是VxWorks提供的延時(shí)函數(shù)接口。sleep以s為單位，nanosleep可以提供更精確的延時(shí)；傳參是時(shí)鐘的結(jié)構(gòu)體，參數(shù)可以精確到ns，但實(shí)際上只能做到大于或等于這個(gè)時(shí)問。因?yàn)閟kep或nanosleep函數(shù)延時(shí)的時(shí)間基準(zhǔn)仍是tick，調(diào)用此函數(shù)的任務(wù)處于任務(wù)延時(shí)狀態(tài)，這點(diǎn)與taskDelay()一致。不同的地方是，taskDelay()是用于任務(wù)調(diào)度，taskDelay(O)有其自身的含義，而sleep(O)則是沒有意義的。前面提過，taskDelay(n)延時(shí)時(shí)間為(n-1)tick～ntick，而sleep／nanosleep則保證實(shí)際延時(shí)時(shí)間大于或等于設(shè)定的時(shí)間參數(shù)。這一點(diǎn)可以通過編寫一個(gè)測(cè)試程序試驗(yàn)證明。代碼如下：

4 高精度時(shí)鐘sysTimeStamp
    sysTimeStamp()也稱“時(shí)間戳”。是通過系統(tǒng)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)的。剛開始也覺得費(fèi)解，系統(tǒng)時(shí)鐘的定時(shí)周期就是tick，怎么實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)鐘呢?通過讀BSP底層代碼發(fā)現(xiàn)，sysTimeStamp其實(shí)是通過讀取該定時(shí)器的當(dāng)前計(jì)數(shù)值來獲取高精度定時(shí)的。通過sysTimestampFreq()函數(shù)可以得到系統(tǒng)時(shí)間戳的頻率，它往往反映的是CPU定時(shí)器的基準(zhǔn)頻率。當(dāng)然，如此高的分辨率只能是一個(gè)理想值，不同的系統(tǒng)不一定都能實(shí)現(xiàn)。畢竟該時(shí)間戳的實(shí)現(xiàn)方式有一個(gè)致命的弱點(diǎn)：通過查詢方式。系統(tǒng)時(shí)鐘定時(shí)中斷是以ticb：為單位的，進(jìn)一步提高分辨率讀取定時(shí)器計(jì)數(shù)值(CPU的一個(gè)特殊功能寄存器)，只能是查詢方式實(shí)現(xiàn)。代碼示例如下：

    這種定時(shí)方式比較占用系統(tǒng)資源，且只適用于短時(shí)間的定時(shí)，但是實(shí)現(xiàn)方便。為確保定時(shí)準(zhǔn)確，應(yīng)在鎖定中斷情況下調(diào)用sysTimestamp；否則，應(yīng)考慮使用sysTimes-tampLock函數(shù)。

5 輔助時(shí)鐘
    輔助時(shí)鐘是利用目標(biāo)板上CPU的另一個(gè)定時(shí)器(除了系統(tǒng)時(shí)鐘之外)中斷實(shí)現(xiàn)的。它可以靈活配置實(shí)現(xiàn)高分辨率的定時(shí)，而且容易實(shí)現(xiàn)ms級(jí)甚至μs級(jí)定時(shí)。VxWorks提供了一系列與系統(tǒng)時(shí)鐘相同的操作接口，用戶可以方便地掛接自己的中斷處理函數(shù)，時(shí)鐘分辨率的高低取決于硬件定時(shí)器的精度和用戶中斷函數(shù)的長(zhǎng)短。要將輔助時(shí)鐘作為精確的延時(shí)機(jī)制(如ms級(jí)延時(shí))，可以通過這種方式實(shí)現(xiàn)。初始化程序先調(diào)用SysAuxClkRateSet()函數(shù)設(shè)置輔助時(shí)鐘中斷周期為1ms(一般在contig．h文件中AUX_CLK_RATE_MIN和AUX_CLK_RATE_MAX之間，對(duì)中斷頻率作了限定，如果需要可以對(duì)此宏定義修改)，再通過ysAuxClkConneet()?將用戶處理函數(shù)連接到輔助時(shí)鐘中斷上，用戶處理函數(shù)可以為SemGive(semTimer)釋放一個(gè)同步信號(hào)量。編寫一個(gè)msDelay(intms)作為其他任務(wù)調(diào)用接口，函數(shù)代碼如下：

    這種方式能實(shí)現(xiàn)十分精確的定時(shí)，調(diào)用延時(shí)的任務(wù)處于任務(wù)阻塞狀態(tài)。但是使用上仍存在缺陷，不能實(shí)現(xiàn)多個(gè)任務(wù)同時(shí)調(diào)用，且需要CPU的一個(gè)時(shí)鐘資源，如果沒有多余的時(shí)鐘，那么這一方法就不能實(shí)現(xiàn)。
    另外還需要注意一點(diǎn)：Tornado的調(diào)試工具Browser一>SpyChart的實(shí)現(xiàn)原理是利用輔助定時(shí)器產(chǎn)生中斷，并記錄當(dāng)前被中斷的任務(wù)，由抽樣數(shù)據(jù)反映各任務(wù)CPU占用率的情況。因此如果調(diào)試程序中使用了輔助定時(shí)器，那么使用Spy Chart時(shí)定時(shí)處理函數(shù)會(huì)被重新掛接，原有定時(shí)掛接的程序?qū)⒌貌坏竭M(jìn)行。反之，如果在Spy Chart運(yùn)行之后掛接輔助定時(shí)處理函數(shù)，那么Spy Chart的運(yùn)行將出現(xiàn)問題。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行Spy Chart后重新掛接輔助定時(shí)處理函數(shù)，Spy Chart即使選中自動(dòng)刷新，各任務(wù)狀態(tài)也不會(huì)更新，如圖2所示。

    VxWorks提供的定時(shí)接口(不一定專門用于定時(shí)，也可間接實(shí)現(xiàn))遠(yuǎn)不只這些。具體使用哪種方式，應(yīng)根據(jù)其精度、資源狀態(tài)和優(yōu)先級(jí)要求而定。