时间调度系统

时间片调度在单片机中的运用


单片机在系统中充当CPU的角色，需要同时处理多个事务。如与PC机通信，将收到的信息转发给从机，监视数据处理情况等一些繁杂而又重要的事情。如何协调好各个事务之间的关系，并有条不紊的执行各个事务，这就需要在编写程序时采用合适的算法进行处理。一般的方法就是在单片机中移植操作系统，由操作系统来管理各个事务。但由于系统要占用一定的内部资源，这对本身资源非常有限的单片机来说是不现实的。所以，很少在单片机中采用操作系统，而是采用时间片轮询调度的方法进行各任务的管理。

时间片轮询调度是一种古老而又简单的算法，广泛运用于无操作系统的微处理器中。在系统中，每个进程被分配一个时间段，称作时间片，即该进程允许运行的时间。如果在时间片结束时进程还在运行，则CPU将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束，则CPU当即进行切换。调度程序所要做的就是维护一张就绪进程列表，当进程用完它的时间片后，它被移到队列的末尾。

时间片轮询调度中有趣的一点是如何确定时间片的长度。从一个进程切换到另一个进程是需要一定时间的，因为要保存和装入寄存器值及内存映像等保护现场的工作，更新各种表格和队列等。假如进程切换，有时称为上下文切换，需要的时间为5毫秒，再假设时间片长度设定为20毫秒，则在做完20毫秒有用的工作之后，CPU将花费5毫秒来进行进程切换。CPU时间的20%被浪费在了管理开销上。进程切换时间一定的情况下，如果时间片长度设定的越小时，这种浪费更明显。所以，时间片长度与CPU利用率是一对不可调和的矛盾，必须处理好它们之间的关系。

为了提高CPU效率，我们可以将时间片长度设得大一些，这时浪费的时间只有就会相对减小。但在一个分时系统中，各个任务对时间片长度的要求是不一致的。例如在一个系统中，可能要求每秒钟更新一下显示内容，每几十毫秒要扫描一下按键，每几毫秒要检测一下串口缓冲区等……可见，各个任务对时间的依赖程度是不一样的。如果时间片设得太长，某些对实时性要求高的任务可能得不到执行，使得系统的实时性变差。总之，时间片的设定应满足对实时性要求最高的那个任务，这样才能确保每个任务都可以及时得到执行而不被错过。

要在一个单片机系统中实现时间片轮询调度，需要依照以下的步骤:

2 确定任务总数及各个任务实对时间实时性的要求

2 根据任务对时间的要求，确定时间片的长度

2 估算执行每个任务所花费的时间，确保

任务能够在时间片的长度内执行完毕

2 如果任务较大，时间片不足于让任务执行完，此时可细化该任务

在下面的代码片段中，共有4个任务需要执行，其中串口对实时性的要求最高。串口采用的波特率为2400Baud，8位数据，无校验，1个停止位。所以传输1字节数据所需时间为：4.17ms，故将时间片长度设定在4ms是合理的。单片机主机系统的时间片处理函数如下所示：

/*********************************************************************************************

*函数名称：void timer1_ovf_isr()

*函数功能：时间片中断处理函数，时间片长度4ms

*入口参数：无

*返回参数：无

**********************************************************************************************/

#pragma interrupt_handler timer1_ovf_isr:9

void timer1_ovf_isr(void)

{

//TIMER1 has overflowed

TCNT1H = 0xF0; //reload counter high value

TCNT = 0x60; //reload counter low value

TimeCount++;

if(TimeCount==50){TimeCount=0; CC1100_SendFlag=1;} //无线收发任务处理标志

TimeOver(); //超时检测函数

Alarm_Detect(); //告警检测函数

DealComFlag=1; //串口任务处理标志

}

在主函数中，根据标志位调用相应的函数进行数据处理，然后将标志位清除，等到下一个时间片到来后再开始新一轮的数据处理。

int main(void)

{

if(CC1100_SendFlag==1) { ... ; CC1100_SendFlag=0; } //无线收发任务处理标志

if(DealComFlag==1){ ... ; DealComFlag=0; } //串口任务处理标志

......

}