[发明专利]车载ATP实时任务调度方法及其任务调度系统

说明书

技术领域

本发明属于城市轨道交通CBTC技术领域，具体涉及一种基于μC/OS-II嵌入式实时操作系统任务调度机制优化和改进的车载ATP的任务调度方法及其任务调度系统。

背景技术

CBTC，它是基于无线通信技术的列车自动控制系统。在城市轨道交通信号控制系统中，其车载ATP(列车自动保护装置)负责获取并维护列车位置、接收移动授权并计算安全速度曲线、监督列车状态等功能。这些功能的实现需要车载ATP系统具有极高的实时性，才能对各个任务进行实时的响应和快速的调度。因此车载ATP系统普遍采用嵌入式实时操作系统，例如：TKCG-08型车载ATP装置就采用了μC/OS-II实时操作系统。

μC/OS-II一种基于优先级的开源、抢占式多任务实时操作系统，包含了实时内核、任务管理、时间管理、任务间通信同步(信号量、邮箱、消息、队列)和内存管理等功能。它可以使各个任务独立工作，互不干涉，很容易实现准时而且无误执行，使实时应用程序的设计和扩展变得容易，使应用程序的设计过程大为减化。正是由于这些特点，使得μC/OS-II非常适合使用在实时性、可靠性和安全性要求高的场合。事实上，μC/OS-II使用在诸多领域，如军工、航空、航天、医疗设备及工业控制等。

μC/OS-II操作系统属于可剥夺型内核系统，它的功能实现是基于任务的，目前车载ATP的任务调度系统中任务之间的通信与调度主要有以下几种方式：

(1)基于信号量的任务管理方式

μC/OS-II中的信号量由两部分组成：一个是信号量的计数值，它是一个16位的无符号整数(0到65，535之间)；另一个是由等待该信号量的任务组成的等待任务表。信号量的使用包含建立信号量、等待信号量、查询信号量和发送信号量几个功能。各任务间的通信依靠判断信号量的值来保证任务间数据使用的唯一性。例如任务A与任务B同时使用变量C，与此相关的信号量为D，任务A使用变量前需要通过等待信号量得到信号量D为“有效”的指令才可以正常运行。若信号量无效任务A将进入睡眠态，直到信号量有效或等待超时时间到。

(2)基于邮箱的任务管理机制

邮箱是μC/OS-II中另一种通讯机制，它可以使一个任务或者中断服务子程序向另一个任务发送一个指针型的变量。该指针指向一个包含了特定“消息”的数据结构。使用邮箱之前，必须先建立该邮箱。该操作可以通过调用OSMboxCreate()函数来完成(见下节)，并且要指定指针的初始值。一般情况下，这个初始值是NULL，但也可以初始化一个邮箱，使其在最开始就包含一条消息。如果使用邮箱的目的是用来通知一个事件的发生(发送一条消息)，那么就要初始化该邮箱为NULL，因为在开始时，事件还没有发生。如果用户用邮箱来共享某些资源，那么就要初始化该邮箱为一个非NULL的指针。在这种情况下，邮箱被当成一个二值信号量使用。各任务向邮箱中发送控制信息，其他任务使用邮箱关联的信息前，需要从邮箱中获取任务是否可用的授权。若邮箱信息不可用，则任务挂起直到邮箱信息可用或等待超时达到。

因此，现有的μC/OS-II系统提供的任务通信与调度机制，虽然可以有效的防护不同任务间同时使用相同的数据，但是有以下缺点：

(1)任务间大量的数据交换会造成调度指令非常繁琐，程序结构复杂；

(2)单个任务出现异常会造成其他任务死锁；

(3)没有专门的数据实时性防护机制，一旦信号量或邮箱工作异常，数据安全无法保障。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种简洁的车载ATP的任务调度方法及其任务调度系统，以减少任务间的通信等待时间和提高切换效率。

为实现上述发明目的，本发明所采用技术方案如下：