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[導(dǎo)讀]VxWorks幾種常用的延時方法

嵌入式系統(tǒng)中,一個任務(wù)往往需要在特定的延時之后執(zhí)行一個指定的動作,比如等待外設(shè)以確保數(shù)據(jù)可靠,控制揚聲器發(fā)聲時間以及串口通信超時重發(fā)等。這就需要利用定時器機制來計量特定長度的時間段。VnWorks作為實時嵌入式系統(tǒng),提供多樣的定時接口函數(shù)。下面列舉一些常用的定時方式,并說明其注意事項。


1 taskDelav
    taskDelay(n)使調(diào)用該函數(shù)的任務(wù)延時n個tick(內(nèi)核時鐘周期)。該任務(wù)在指定的時間內(nèi)主動放棄CPU,除了taskDelay(0)專用于任務(wù)調(diào)度(將CPU交給同一優(yōu)先級的其他任務(wù))外,任務(wù)延時也常用于等待某一外部事件,作為一種定時/延時機制。在沒有中斷觸發(fā)時,taskDelay能很方便地實現(xiàn),且不影響系統(tǒng)整體性能。例如寫數(shù)據(jù)至EEPROM,EEPROM需要一個內(nèi)部擦除時間(最大擦除時間為lOms)。以下所提及的一個tick都假設(shè)為16.67 ms(1/60 s)??梢院唵蔚卣{(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使用的一個缺陷,使用時需要注意。taskDelay(n)表示任務(wù)延時至第n個系統(tǒng)時鐘到來的時刻,如圖1所示。如果在A時刻調(diào)用taskDelay(1)僅延時5 ms,則在B時刻taskDelay(1)就剛好是一個tick周期??梢娦枰?0 ms的延時就必須調(diào)用taskDelay(2)才能實現(xiàn)。taskDelay有接近一1個tick的誤差存在,taskDelay(n)實際上是延時(n-1)tick~n tick的時間。延時精度為l/n,延時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需注意的另外一點是:即使經(jīng)過n個tick,調(diào)用延時的任務(wù)也不保證返回執(zhí)行狀態(tài),可能有更高或相同優(yōu)先級的任務(wù)占用了CPU。


2 WatchDog
    VxWorks提供了一種通用的看門狗定時器機制。利用提供的函數(shù),任何任務(wù)都可以創(chuàng)建一個看門狗定時器,經(jīng)過指定的延時后,實現(xiàn)在系統(tǒng)時鐘ISR的上下文中運行指定的程序。需要注意的是,看門狗定時觸發(fā)的程序是在中斷級別上執(zhí)行,而不是在任務(wù)的上下文中。因此,看門狗定時掛接的程序編寫有一定的限制,這個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)建一個看門狗定時器。調(diào)用wdStart()啟動定時器,延時參數(shù)同taskDelay一樣以tick為單位,同時還須指定定時完成后要調(diào)用的程序。如果應(yīng)用程序同時需要多個看門狗函數(shù),則應(yīng)使用wdCreate()產(chǎn)生多個獨立的看門狗ID。因為對于給定的看門狗ID,通過wdStart()只能關(guān)聯(lián)一個看門狗函數(shù)。在指定的tick計數(shù)到達之前,要取消一個看門狗計時器,可以通過調(diào)用wdCancel()實現(xiàn)。每調(diào)用一次wdStart(),看門狗定時器只執(zhí)行一次,因此對于一些要求周期性執(zhí)行的應(yīng)用程序,要獲得該效果,則定時器函數(shù)本身必須通過遞歸調(diào)用wdStart()來重新啟動定時器。
    如果利用看門狗定時器實現(xiàn)延時,則存在與taskDelay一樣的精度上的缺陷,以tick為基準.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方面。不過啟動看門狗的任務(wù)不會被阻塞,因為wdStart()調(diào)用立即返回并繼續(xù)執(zhí)行。

3 sleep/nanosleep
   
sleep()和nanosleep()是VxWorks提供的延時函數(shù)接口。sleep以s為單位,nanosleep可以提供更精確的延時;傳參是時鐘的結(jié)構(gòu)體,參數(shù)可以精確到ns,但實際上只能做到大于或等于這個時問。因為skep或nanosleep函數(shù)延時的時間基準仍是tick,調(diào)用此函數(shù)的任務(wù)處于任務(wù)延時狀態(tài),這點與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)延時時間為(n-1)tick~ntick,而sleep/nanosleep則保證實際延時時間大于或等于設(shè)定的時間參數(shù)。這一點可以通過編寫一個測試程序試驗證明。代碼如下:


4 高精度時鐘sysTimeStamp
    sysTimeStamp()也稱“時間戳”。是通過系統(tǒng)時鐘實現(xiàn)的。剛開始也覺得費解,系統(tǒng)時鐘的定時周期就是tick,怎么實現(xiàn)高精度時鐘呢?通過讀BSP底層代碼發(fā)現(xiàn),sysTimeStamp其實是通過讀取該定時器的當前計數(shù)值來獲取高精度定時的。通過sysTimestampFreq()函數(shù)可以得到系統(tǒng)時間戳的頻率,它往往反映的是CPU定時器的基準頻率。當然,如此高的分辨率只能是一個理想值,不同的系統(tǒng)不一定都能實現(xiàn)。畢竟該時間戳的實現(xiàn)方式有一個致命的弱點:通過查詢方式。系統(tǒng)時鐘定時中斷是以ticb:為單位的,進一步提高分辨率讀取定時器計數(shù)值(CPU的一個特殊功能寄存器),只能是查詢方式實現(xiàn)。代碼示例如下:


    這種定時方式比較占用系統(tǒng)資源,且只適用于短時間的定時,但是實現(xiàn)方便。為確保定時準確,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 輔助時鐘
   
輔助時鐘是利用目標板上CPU的另一個定時器(除了系統(tǒng)時鐘之外)中斷實現(xiàn)的。它可以靈活配置實現(xiàn)高分辨率的定時,而且容易實現(xiàn)ms級甚至μs級定時。VxWorks提供了一系列與系統(tǒng)時鐘相同的操作接口,用戶可以方便地掛接自己的中斷處理函數(shù),時鐘分辨率的高低取決于硬件定時器的精度和用戶中斷函數(shù)的長短。要將輔助時鐘作為精確的延時機制(如ms級延時),可以通過這種方式實現(xiàn)。初始化程序先調(diào)用SysAuxClkRateSet()函數(shù)設(shè)置輔助時鐘中斷周期為1ms(一般在contig.h文件中AUX_CLK_RATE_MIN和AUX_CLK_RATE_MAX之間,對中斷頻率作了限定,如果需要可以對此宏定義修改),再通過ysAuxClkConneet()?將用戶處理函數(shù)連接到輔助時鐘中斷上,用戶處理函數(shù)可以為SemGive(semTimer)釋放一個同步信號量。編寫一個msDelay(intms)作為其他任務(wù)調(diào)用接口,函數(shù)代碼如下:


    這種方式能實現(xiàn)十分精確的定時,調(diào)用延時的任務(wù)處于任務(wù)阻塞狀態(tài)。但是使用上仍存在缺陷,不能實現(xiàn)多個任務(wù)同時調(diào)用,且需要CPU的一個時鐘資源,如果沒有多余的時鐘,那么這一方法就不能實現(xiàn)。
    另外還需要注意一點:Tornado的調(diào)試工具Browser一>SpyChart的實現(xiàn)原理是利用輔助定時器產(chǎn)生中斷,并記錄當前被中斷的任務(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器,那么使用Spy Chart時定時處理函數(shù)會被重新掛接,原有定時掛接的程序?qū)⒌貌坏竭M行。反之,如果在Spy Chart運行之后掛接輔助定時處理函數(shù),那么Spy Chart的運行將出現(xiàn)問題。實驗發(fā)現(xiàn),運行Spy Chart后重新掛接輔助定時處理函數(shù),Spy Chart即使選中自動刷新,各任務(wù)狀態(tài)也不會更新,如圖2所示。

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

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