基于VxWorks操作系統下的延時方法比較

白曉慧

【摘 要】比較了基于VxWorks操作系統的多種延時方法，編寫了基于系統時鐘定時器的延時方法的中斷服務程序。該方法精確，可靠。已在工程實踐中，證實了該方法的有效性以及精確性。

【關鍵詞】VxWorks操作系統；延時方法；中斷服務程序

0 引言

VxWorks操作系統是運行在目標機上的高性能、可裁剪的嵌入式實時多任務操作系統，其良好的可靠性和卓越的實時性被廣泛地應用在通信、軍事、航空、航天、航海等高精尖技術及實時性要求極高的領域中。

在實際的工程應用中，周期任務，需要有最大的延遲或稱為等待時間。這類任務一般會為BIT檢測任務，鏈路檢測任務，點跡查詢任務等。這段等待時間，在VxWorks操作系統中，可以通過多種延時方法實現。

1 taskDelay法

1.1 原理

taskDelay（）是最簡單的延時方法。延時操作提供了一個簡單的任務休眠機制。當一個任務調用taskDelay（）后，它將主動放棄CPU一段時間，進入Delay狀態。超時后，這個任務會排到Ready隊列中同優先級隊列的隊尾等待執行。它的單位是tick，tick是VxWorks下的時鐘中斷頻率，可以通過sysClkRateSet（）設置，一般在60-100之間。在體系架構、CPU頻率等硬件條件允許的范圍內，這個值可以隨意設置。不過，設置的時候要根據實際需要，而不是每個時間片的間隔越短越好。時間片的數量影響著內核每秒鐘調度的次數，而每次內核調度都需要消耗一定的CPU資源。如果每秒產生的時間片數量過大，內核調度所消耗的CPU資源就會過多，從而影響整機效率。在實際工程中，一般選取每秒tick數為100。可以通過調用taskDelay（0），將CPU交給同等優先級的任務。由于其延時的基本單位為tick，因此，最小延時單位為10ms，延時精度不高。

一般來說，當該任務通過taskDelay（）進入睡眠狀態時，若這段時間內被高優先級的任務占有資源時，則一直得等高優先級的任務放棄資源時，這個任務才會獲得資源。

因此，taskDelay（）延時很方便，卻需要有一定的風險。實際的延時時間為預設延時時間與排隊等候時間之和，這樣將會導致延時不準確，也對任務的調度安排提出了一個挑戰。這樣看來，時間片延時并不是很準確，其準確程度需要根據任務調度的狀況來決定。如果沒有任務占用CPU，等待的誤差不超過一個時間片的時間長短；如果有高優先級或同優先級的任務不釋放CPU資源，那么等待將直到任務獲取CPU資源才能結束。

1.2 具體實現

STATUS taskDelay（int ticks）

2 看門狗法

2.1 原理

實時系統任務的執行一般都有時限的約束。VxWorks提供了一種看門狗定時器機制，允許用戶編寫的函數與一個特定的時延相聯系。這個時延，也是以tick來計量的。任何一個任務都可以創建Watchdog Timer并指定定時器超時后執行的例程。這個例程是在系統時鐘ISR的上下文中執行，因此它具有與中斷一樣的優先級。Watchdog Timer并非一個周期性的定時器，在超時停止或是中途放棄計時之后，將一直處于靜止狀態。這一點與系統時鐘不同。

看門狗定時器超時之后，指定的函數在中斷級執行。可以模仿VxWorks中對異常處理的方法，采用分步處理的方法：在Watchdog Timer的ISR中所作的知識發送signal，或是釋放信號量等一些簡單的操作，而創建專用的task等待接收這類信號，依據信號的指示再去執行相應的復雜處理。這樣既不會影響系統的實時性，也可以滿足用戶多樣的需求。

這種計時方法可以提供比較精確的計時，其原因在于定時時間一到，所安排的任務會以中斷級別或更高任務優先級執行。作為代價，看門狗定時器比taskDelay（）消耗了更多的系統資源，包括存儲空間和處理器時間。事實上，整個處理的過程可能還會增加中斷處理時間。

2.2 具體實現

需要創建看門狗，并啟動。所需函數如下：

int wdCreate（）

STATUS wdStart（WDOG_ID wdId， int delay， FUNCPTR pRoutine， int parameter）

3 系統時鐘定時器法

3.1 原理

定時器機制的實現是建立在時鐘基礎上的。VxWorks為支持精確實時控制，利用不同的硬件定時器提供了系統時鐘和系統輔助時鐘。由于這兩個時鐘都以周期時鐘形式運行，因此相關的硬件定時器的運行方式也是周期形式。每經過一個固定的時間間隔，硬件定時器的ISR將通知VxWorks內核。系統時鐘的周期稱為tick，定時的時長只能是tick的整數倍。由于系統時鐘，處理系統級任務，因而時鐘頻率一般不能很高。但是可以設置系統輔助時鐘的tick數，使其達到精確地定時。

硬件中斷處理是實時系統設計的最重要、最關鍵的問題。由于中斷通常對應著外部事件，系統通過中斷與外部事件交互。為了獲得盡可能快的中斷響應事件，VxWorks的中斷處理程序運行在特定的上下文中。因此，中斷處理不會涉及任務任務上下文的交換。

應用程序可以使用VxWorks未用的硬件中斷。VxWorks提供函數intConnect（），它允許指定的C函數與任意中斷相聯系。intConnect（）函數原型是：

STATUS intConnect

（VOIDFUNCPTR *vector， VOIDFUNCPTR routine， int parameter）

只要在工程中定義了INCLUDE_SYSCLK_INT，系統就會自動完成對系統時鐘的初始化，也就是在文件usrConfig.c中的usrRoot（）函數中實現。考慮到需要根據實際工程中的需求，需要對不同的周期任務設定不同的定時器，因而選擇自己對系統時鐘進行初始化。本文中設置了10個定時器，分別為定時10ms，20ms，50ms，100ms，200ms，500ms，1s，2s，5s，10s。

3.2 具體實現

bool timeInital（）

初始化時，首先應該關中斷；其次，調用sysClkConnect（）掛接時間中斷服務程序；然后再通過調用sysClkRateSet（）來設置系統時鐘每秒中斷的次數；最后再通過調用sysClkEnable（）使能對系統時鐘中斷的響應。

中斷服務程序中，需要首先調用tickAnnounce（），來通知內核一個tick事件。本項目工程的中斷服務程序完成的操作包括：（1）獲取并保存系統時鐘ISR要調用的例程；（2）關聯系統時鐘ISR；（3）對中斷次數計數；（4）更新定時器使能標志。

需要說明的是，需要定義定時器的結構。若定義多個定時器，則定時器的結構中需包含編號，定時器的時間間隔數，定時器的時間毫秒數和定時標志。定時標志就是定時時刻到為true，否則為false。若定時時刻到，會通知另一個標志，并重新將定期器定時標志置為false。

4 小結

本文結合工程實踐，比較了基于VxWorks操作系統下的多種延時方法。硬件方面，時鐘芯片會在確定的時間內為系統產生一個中斷。軟件方面，中斷響應的過程也就是計時的過程，不過系統不會為每一次中斷都進行處理，而是經過一定計數之后才會產生一個時間片。計時控制的目的就是在一段時間之后開始特定的工作。taskDelay是延時結束后將任務置于就緒隊列等候調度，直至CPU資源可用時執行被延遲的任務。看門狗法和系統時鐘定時器法是基于硬件時鐘的， 因而可靠性高。對系統時鐘定時器的中斷服務程序進行了修改，達到了定時的目的。

【參考文獻】

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[3]孔祥營，柏桂枝.嵌入式實時操作系統Vxworks及其開發環境Tornado[Z]. 2002， 1.

[責任編輯：楊玉潔]