[发明专利]一种改进实时操作系统中周期性定时器时间性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于嵌入式操作系统领域，具体涉及一种改进实时操作系统中周期 性定时器时间性能的方法。

背景技术

任务是现代操作系统中最基本和最重要的概念之一，它是单处理器上实现 多任务的基础。在实时操作系统中存在多种任务模型，如周期性任务模型、非 周期性任务模型和偶发任务模型。其中，周期性任务模型是最广泛使用的任务 模型，它被广泛用于建模时间触发任务，周期性采样任务和控制任务。

定时器是实时操作系统中的重要实体之一，它具有以下两个特性：

1)当中断到达的时候，它的值减小一个单位；

2)当一个定时器的值减小到0的时候，它将触发与其相关联的服务程序。

定时器可以分为周期性定时器和非周期性定时器两种。周期性任务模型在 实现的时候通常采用周期性定时器以触发相应的任务。对于一个周期性的定时 器，当它的值变为0的时候，它将会被重新赋予初始值并启动一个新的周期； 对于一个非周期性定时器，它的值变为0的时候停止减小，也就是说，和该任 务相关联的定时器仅执行一次。定时器的维护操作，如插入、删除和减小操作 将影响到任务的定时约束：过长的定时器维护时间将影响任务的释放时间；定 时器维护时间的变化将影响任务的释放抖动和可预测性。在实时系统中，通常 使用多个具有不同周期的定时器。减小定时器的维护开销有助于增加系统中可 用的计算资源和保证任务的性能。而且，保持定时器维护时间的稳定性将减小 任务的释放抖动、增加系统的可调度性和可控制性。

目前的定时器管理方案在对发生失效的定时器进行更新操作时需要动态插 入新的失效时间，该操作的时间开销为O(n²)，从而在实现周期性任务模型方面 缺乏效率。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种改善嵌入式实时操作系统中周期性 定时器时间性能的方法。

本发明解决其技术问题所采用的关键点是：在操作系统实现定时器管理的 时候，通过存储一个超周期内发生的定时器失效时刻，从而避免了在定时器更 新操作时动态插入新的定时器失效时刻。该方法将实时系统中的定时器管理分 为两个阶段：定时器配置阶段和定时器运行阶段。在定时器配置阶段，根据系 统中的定时器参数，如定时器的周期、初始位相、相关联的任务等，设置定时 器调度表数据结构，即设置超周期中发生定时器失效的时刻，以及定时器失效 时需要触发的任务。定时器配置是离线进行的，因此不会对实时系统带来开销。 在定时器运行阶段，在每次发生定时器中断的时候，如果不存在定时器失效， 那么定时器更新操作仅增加计数器的值；如果发生定时器失效，那么将目前发 生失效的定时器所关联的任务设置为就绪状态，并重新设置定时器下一次的失 效时刻。

本发明通过将定时器发生失效的时刻预先规划好，并在定时器运行的时候 判断是否发生定时器失效从而减小了定时器更新时间开销(即更新操作的时间 开销)，并增加了定时器运行时时间开销的稳定性和可预测性。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

步骤(1)创建一个定时器调度表。定时器调度表是一个定时器调度项的矩 阵，并且最大长度等于超周期。每一个定时器调度项包括三个部分：定时器失 效时刻、相关联的任务链表、任务链表内的任务数目。

步骤(2)初始化定时器。具体步骤如下：

a.将N个定时器的参数(包括周期、位相和相关联的任务)输入到数组中；

b.计算N个定时器的超周期H；

c.判断超周期H中的每个时刻i是否等于定时器的超时值(超周期中的时 刻和定时器表项之间具有一一对应关系，即第i时刻对应于第i项)，如果超周 期H中的每个时刻i等于定时器的超时值，则首先添加该任务到时刻i所对应 的定时器调度项中，并增加表项i所对应的任务数；如果超周期H中的每个时 刻i不等于定时器的超时值，则不操作，其次判断表项i所对应的任务数是否 大于零，如果表项i所对应的任务数大于零，则向配置文件中写入表项号i、 表项号i中的任务号和表项i的任务链表中总的任务数目，如果表项i所对应 的任务数小于等于零，则不操作；

d.将超周期和总的调度表项数写入到配置文件中；

步骤(3)更新定时器。具体步骤如下：

e、将定时器的计数值加1，并对超周期取模；

f.如果定时器的值等于当前定时器调度表的失效时刻，进行以下的操作：