VxWorks幾種常用的延時方法


嵌入式系統中,一個任務往往需要在特定的延時之后執行一個指定的動作,比如等待外設以確保數據可靠,控制揚聲器發聲時間以及串口通信超時重發等。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,提供多樣的定時接口函數。下面列舉一些常用的定時方式,並說明其注意事項。


1 taskDelav
    
taskDelay(n)使調用該函數的任務延時n個tick(內核時鍾周期)。該任務在指定的時間內主動放棄CPU,除了taskDelay(0)專用於任務調度(將CPU交給同一優先級的其他任務)外,任務延時也常用於等待某一外部事件,作為一種定時/延時機制。在沒有中斷觸發時,taskDelay能很方便地實現,且不影響系統整體性能。例如寫數據至EEPROM,EEPROM需要一個內部擦除時間(最大擦除時間為lOms)。以下所提及的一個tick都假設為16.67 ms(1/60 s)。可以簡單地調用taskDelay(2)來保證數據擦寫完成。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)表示任務延時至第n個系統時鍾到來的時刻,如圖1所示。如果在A時刻調用taskDelay(1)僅延時5 ms,則在B時刻taskDelay(1)就剛好是一個tick周期。可見需要10 ms的延時就必須調用taskDelay(2)才能實現。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:即使經過n個tick,調用延時的任務也不保證返回執行狀態,可能有更高或相同優先級的任務占用了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,任何任務都可以創建一個看門狗定時器,經過指定的延時后,實現在系統時鍾ISR的上下文中運行指定的程序。需要注意的是,看門狗定時觸發的程序是在中斷級別上執行,而不是在任務的上下文中。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系統函數。
    通過wdCreate()可以創建一個看門狗定時器。調用wdStart()啟動定時器,延時參數同taskDelay一樣以tick為單位,同時還須指定定時完成后要調用的程序。如果應用程序同時需要多個看門狗函數,則應使用wdCreate()產生多個獨立的看門狗ID。因為對於給定的看門狗ID,通過wdStart()只能關聯一個看門狗函數。在指定的tick計數到達之前,要取消一個看門狗計時器,可以通過調用wdCancel()實現。每調用一次wdStart(),看門狗定時器只執行一次,因此對於一些要求周期性執行的應用程序,要獲得該效果,則定時器函數本身必須通過遞歸調用wdStart()來重新啟動定時器。
    如果利用看門狗定時器實現延時,則存在與taskDelay一樣的精度上的缺陷,以tick為基准.並且看門狗關聯的函數所受的限制很大,這也是使用不便的一個方面。不過啟動看門狗的任務不會被阻塞,因為wdStart()調用立即返回並繼續執行。

3 sleep/nanosleep
    
sleep()和nanosleep()是VxWorks提供的延時函數接口。sleep以s為單位,nanosleep可以提供更精確的延時;傳參是時鍾的結構體,參數可以精確到ns,但實際上只能做到大於或等於這個時問。因為skep或nanosleep函數延時的時間基准仍是tick,調用此函數的任務處於任務延時狀態,這點與taskDelay()一致。不同的地方是,taskDelay()是用於任務調度,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於或等於設定的時間參數。這一點可以通過編寫一個測試程序試驗證明。代碼如下:


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


    這種定時方式比較占用系統資源,且只適用於短時間的定時,但是實現方便。為確保定時准確,應在鎖定中斷情況下調用sysTimestamp;否則,應考慮使用sysTimes-tampLock函數。


5 輔助時鍾
    
輔助時鍾是利用目標板上CPU的另一個定時器(除了系統時鍾之外)中斷實現的。它可以靈活配置實現高分辨率的定時,而且容易實現ms級甚至μs級定時。VxWorks提供了一系列與系統時鍾相同的操作接口,用戶可以方便地掛接自己的中斷處理函數,時鍾分辨率的高低取決於硬件定時器的精度和用戶中斷函數的長短。要將輔助時鍾作為精確的延時機制(如ms級延時),可以通過這種方式實現。初始化程序先調用SysAuxClkRateSet()函數設置輔助時鍾中斷周期為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()?將用戶處理函數連接到輔助時鍾中斷上,用戶處理函數可以為SemGive(semTimer)釋放一個同步信號量。編寫一個msDelay(intms)作為其他任務調用接口,函數代碼如下:


    這種方式能實現十分精確的定時,調用延時的任務處於任務阻塞狀態。但是使用上仍存在缺陷,不能實現多個任務同時調用,且需要CPU的一個時鍾資源,如果沒有多余的時鍾,那么這一方法就不能實現。
    另外還需要注意一點:Tornado的調試工具Browser一>SpyChart的實現原理是利用輔助定時器產生中斷,並記錄當前被中斷的任務,由抽樣數據反映各任務CPU占用率的情況。因此如果調試程序中使用了輔助定時器,那么使用Spy Chart時定時處理函數會被重新掛接,原有定時掛接的程序將得不到進行。反之,如果在Spy Chart運行之后掛接輔助定時處理函數,那么Spy Chart的運行將出現問題。實驗發現,運行Spy Chart后重新掛接輔助定時處理函數,Spy Chart即使選中自動刷新,各任務狀態也不會更新,如圖2所示。

    VxWorks提供的定時接口(不一定專門用於定時,也可間接實現)遠不只這些。具體使用哪種方式,應根據其精度、資源狀態和優先級要求而定。


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