1 概 述

　　VxWorks是WindRiver公司開(kāi)發(fā)的高性能實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng)內(nèi)核,。在應(yīng)用軟件開(kāi)發(fā)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)用到定時(shí)器,。VxWorks下要實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能有2個(gè)途徑：一，借助taskDelay函數(shù)實(shí)現(xiàn),；二,，使用VxWorks提供的看門(mén)狗(watchdog)。使用taskDelay函數(shù)實(shí)現(xiàn)定時(shí)器的缺點(diǎn)在于它是基于任務(wù)的,，任務(wù)優(yōu)先級(jí)會(huì)導(dǎo)致定時(shí)不準(zhǔn),。看門(mén)狗基于系統(tǒng)時(shí)鐘中斷,，定時(shí)精度大大優(yōu)于前者，但是對(duì)用戶的回調(diào)函數(shù)有諸多限制(如不允許使用semTake,、printf等需要等待獲取某種資源的函數(shù),，否則會(huì)引起死機(jī))。另外,，看門(mén)狗只觸發(fā)一次回調(diào)函數(shù),，如果用戶需要周期定時(shí)器就需要重新啟動(dòng)看門(mén)狗。

　　本文設(shè)計(jì)了基于看門(mén)狗機(jī)制的異步通用定時(shí)器,，并根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)了周期性定時(shí)和一次性定時(shí)兩種定時(shí)器,。異步是指定時(shí)器運(yùn)行于任務(wù)中，對(duì)用戶沒(méi)有任何限制,。異步通用定時(shí)器提供類(lèi)似于Windows下定時(shí)器的操作接口,，簡(jiǎn)單、方便,。

2 VxWorks下的看門(mén)狗

　　VxWorks提供看門(mén)狗機(jī)制,，允許將希望若干時(shí)間延遲后執(zhí)行的用戶函數(shù)連接到看門(mén)狗，在定時(shí)時(shí)間到達(dá)后由看門(mén)狗自動(dòng)執(zhí)行,?？撮T(mén)狗機(jī)制由操作系統(tǒng)維持在系統(tǒng)時(shí)鐘中斷，連接到看門(mén)狗的函數(shù)同樣運(yùn)行在系統(tǒng)時(shí)鐘中斷服務(wù)程序中,。如果操作系統(tǒng)由于種種原因(如在系統(tǒng)時(shí)鐘中斷前的中斷或者內(nèi)核狀態(tài)),，將不能立即執(zhí)行的函數(shù)存放在tExcTask任務(wù)的隊(duì)列中，則隊(duì)列中的函數(shù)將以tExc-Task任務(wù)的優(yōu)先級(jí)運(yùn)行(通常為0),。操作系統(tǒng)對(duì)中斷服務(wù)程序的各種限制同樣適用于連接到看門(mén)狗的用戶函數(shù),，如不能使用printf、semTake等,。

　　對(duì)看門(mén)狗的操作函數(shù)有4個(gè)：創(chuàng)建看門(mén)狗函數(shù),，WDOGID wdCreate(void)；啟動(dòng)看門(mén)狗函數(shù),，STATUS wdStart(WDOG_ID wdId,，int delay,，F(xiàn)UNCPTR pRoutine，intparameter),；刪除看門(mén)狗函數(shù),，STATUS WdDelete(WDOG_ID wdld)；取消看門(mén)狗計(jì)時(shí)函數(shù),，STATUS wdCancel(WDOG_ID wdld),。

　　看門(mén)狗的簡(jiǎn)單使用如下：

　　首先創(chuàng)建看門(mén)狗，然后在啟動(dòng)看門(mén)狗時(shí)連接用戶函數(shù)并設(shè)置延遲時(shí)間,。上面程序中的interval即為延遲時(shí)間,，單位為系統(tǒng)時(shí)鐘的tick數(shù)。缺省情況下,，系統(tǒng)時(shí)鐘每秒的tick數(shù)為60,。當(dāng)interval為1時(shí)，即延遲1／60 s后執(zhí)行usRFunc,。系統(tǒng)時(shí)鐘的tick數(shù)可以通過(guò)sysClkRateSet函數(shù)設(shè)置,。

　　3 異步通用定時(shí)器的設(shè)計(jì)

　　3．1 設(shè)計(jì)思想

　　雖然看門(mén)狗提供的定時(shí)機(jī)制相對(duì)簡(jiǎn)單易用，但還有許多局限性：①定時(shí)時(shí)間的單位為tick數(shù),，而不是通常使用的s或者ms,。②用戶函數(shù)運(yùn)行在系統(tǒng)時(shí)鐘中斷服務(wù)程序中，而不是運(yùn)行在任務(wù)的上下文中,。這給用戶函數(shù)帶來(lái)許多限制(比如用戶函數(shù)中不能使用內(nèi)存分配,、獲取信號(hào)量、printf打印輸出等),，在這些限制下某些功能可能就無(wú)法實(shí)現(xiàn),。③看門(mén)狗的觸發(fā)是一次性的，而通常需要周期性的定時(shí)器,。④相對(duì)于Windows下的定時(shí)器接口,，看門(mén)狗接口不夠簡(jiǎn)潔明了。異步通用定時(shí)器的設(shè)計(jì)基于看門(mén)狗,，并在此基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的封裝,，提供類(lèi)似于Windows的使用方式。系統(tǒng)時(shí)鐘每秒的tick數(shù)可以通過(guò)sysClkRateSet函數(shù)設(shè)置,，一般設(shè)置為1 000,，即每個(gè)tick代表1 ms。這樣就可以提供分辨率為ms級(jí)的定時(shí)器,，對(duì)大多數(shù)應(yīng)用而言可以滿足使用要求,。每個(gè)定時(shí)器對(duì)應(yīng)一個(gè)看門(mén)狗，同時(shí)對(duì)應(yīng)一個(gè)任務(wù)，使得用戶函數(shù)運(yùn)行在任務(wù)中,，而不是在中斷中,，這樣可以避免操作系統(tǒng)對(duì)中斷處理函數(shù)的種種限制。具體的做法是：在生成定時(shí)器時(shí),，啟動(dòng)看門(mén)狗開(kāi)始定時(shí),，同時(shí)創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)等待一個(gè)計(jì)數(shù)信號(hào)量(該信號(hào)量初始為空，任務(wù)處于PEND狀態(tài)),；當(dāng)定時(shí)時(shí)間到達(dá)時(shí)看門(mén)狗釋放該信號(hào),，激活任務(wù)，在任務(wù)中調(diào)用用戶函數(shù),。這樣做的優(yōu)點(diǎn)在于,，提高了效率，減輕了負(fù)載,，減少了中斷中的運(yùn)算(僅僅是釋放信號(hào)量),；盡管多創(chuàng)建了一個(gè)任務(wù)，但是在定時(shí)器沒(méi)有觸發(fā)時(shí)任務(wù)仍處于PEND狀態(tài),，對(duì)資源占用很小。

　　3．2 接口設(shè)計(jì)

　　提供類(lèi)似于Windows的接口函數(shù),，定時(shí)器的唯一索引是id號(hào),，操作定時(shí)器均通過(guò)id完成。分為2種類(lèi)型定時(shí)器：周期性定時(shí)器和一次性定時(shí)器,。周期性定時(shí)器可以周期性地觸發(fā),。一次性定時(shí)器則只觸發(fā)一次，類(lèi)似于倒計(jì)時(shí)定時(shí)器,，觸發(fā)后看門(mén)狗自動(dòng)刪除,，相應(yīng)的任務(wù)自動(dòng)退出。在用戶對(duì)定時(shí)器模塊進(jìn)行初始化后,，用戶可以在程序的任何地方調(diào)用定時(shí)器提供的接口,。

3．3 具體實(shí)現(xiàn)

　3．3．1 對(duì)看門(mén)狗的封裝

　　基于程序設(shè)計(jì)上的考慮，將定時(shí)器的管理控制和看門(mén)狗的具體操作分開(kāi),，對(duì)看門(mén)狗進(jìn)行封裝,，CClkGenerator類(lèi)封裝了看門(mén)狗的所有操作，包括看門(mén)狗的創(chuàng)建,、刪除,、取消和啟動(dòng)，保存定時(shí)器id,、類(lèi)型,、定時(shí)周期等。值得注意的是：看門(mén)狗的回調(diào)函數(shù)并不是用戶的回調(diào)函數(shù)，而是看門(mén)狗管理控制中提供的統(tǒng)一回調(diào)函數(shù),，回調(diào)函數(shù)中的參數(shù)為定時(shí)器的索引號(hào),。封裝代碼如下： 

　　從類(lèi)定義可以看出，用戶并不能直接使用CClkGen-erator,。也就是說(shuō),，該類(lèi)對(duì)用戶而言是不可見(jiàn)的，屏蔽了對(duì)看門(mén)狗的直接操作,，只有定時(shí)器管理控制模塊才可以對(duì)其進(jìn)行操作,。

3．3．2 定時(shí)器管理與控制

　　定時(shí)器管理與控制模塊負(fù)責(zé)模塊初始化、多個(gè)定時(shí)器相關(guān)參數(shù)的存儲(chǔ)管理,、定時(shí)器任務(wù)的安全退出,，以及用戶接口的實(shí)現(xiàn)。

　　定時(shí)器的主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：定時(shí)器控制結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),。

　　使用C++標(biāo)準(zhǔn)模板庫(kù)中的map實(shí)現(xiàn)對(duì)定時(shí)器的存儲(chǔ),。第1個(gè)參數(shù)為定時(shí)器的索引號(hào)，第2個(gè)參數(shù)為定時(shí)器控制結(jié)構(gòu),。使用map可以方便地實(shí)現(xiàn)基于定時(shí)器索引號(hào)的存儲(chǔ)管理和索引號(hào)的查找,。使用map的定時(shí)器存儲(chǔ)示意圖如圖1所示。

　　用戶在調(diào)用SetTimer函數(shù)時(shí),，創(chuàng)建一個(gè)初始狀態(tài)為空的計(jì)數(shù)信號(hào)量timerArrv,，同時(shí)生成一個(gè)任務(wù)timerTask等待該信號(hào)量，此時(shí)任務(wù)狀態(tài)為PEND,；實(shí)例化一個(gè)CClk-Generator對(duì)象,，創(chuàng)建看門(mén)狗啟動(dòng)定時(shí)器。當(dāng)定時(shí)器超時(shí)時(shí),，釋放timerArrv信號(hào)量,，解除阻塞在timerArrv上的任務(wù)，回調(diào)用戶函數(shù)完成一個(gè)完整的定時(shí)過(guò)程,。定時(shí)器的典型運(yùn)行過(guò)程如圖2所示,。

　　圖2中最底下的虛線指向啟動(dòng)看門(mén)狗后的中斷處理流程。中間部分表示定時(shí)器任務(wù)運(yùn)行過(guò)程,，可見(jiàn)用戶回調(diào)函數(shù)是運(yùn)行在任務(wù)空間中,。“回調(diào)函數(shù)釋放信號(hào)量”到定時(shí)器任務(wù)semTake”的虛線表示釋放信號(hào)量使任務(wù)解鎖。

　4 定時(shí)器的應(yīng)用

　　定時(shí)器管理控制模塊是用戶的唯一接口,，使用Single-ton模式,。只要調(diào)用CTimerCtrl：：GetTimerCtrl()就可以完成對(duì)異步通用定時(shí)器的初始化，除對(duì)定時(shí)器進(jìn)行相關(guān)操作之外,，還包括通過(guò)sysClkRateSet函數(shù)設(shè)置系統(tǒng)時(shí)鐘每秒的tick數(shù)為1000,。下面的例子包含2個(gè)定時(shí)器：一個(gè)是1 sN期性定時(shí)器,；另一個(gè)是周期為5 s的一次性定時(shí)器。

　　結(jié) 語(yǔ)

　　從應(yīng)用實(shí)例中可以看出,，異步通用定時(shí)器的使用方法和Windows下的定時(shí)器沒(méi)有太大區(qū)別,，接口簡(jiǎn)單清晰。異步通用定時(shí)器可以應(yīng)用于定時(shí)精度為ms的絕大部分應(yīng)用程序中,，對(duì)于精度要求高于ms的定時(shí)使用硬件輔助時(shí)鐘中斷更為合適,，但是要注意操作系統(tǒng)對(duì)中斷處理函數(shù)的限制。

來(lái)源：?jiǎn)纹瑱C(jī)與嵌入式系統(tǒng)