嵌入式系统-Chapter7-时间管理

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硬件时钟设备
• 在不同的操作系统中，实时时钟和系统时钟之间 的关系是不同的。 –实时时钟和系统时钟之间的关系通常也被称作 操作系统的时钟运作机制。 –一般来说，实时时钟是系统时钟的时间基准， 实时内核通过读取实时时钟来初始化系统时钟， 此后二者保持同步运行，共同维系系统时间。 –系统时钟并不是本质意义上的时钟，只有当系 统运行起来以后才有效，并且由实时内核完全 控制。
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void OSTimeDly (INT16U ticks) { /* Allocate storage for CPU status register #if OS_CRITICAL_METHOD == 3 OS_CPU_SR cpu_sr; #endif
*/
if (ticks > 0) { /* 0 means no delay! */ OS_ENTER_CRITICAL(); if ((OSRdyTbl[OSTCBCur->OSTCBY] &= ~OSTCBCur->OSTCBBitX) == 0) { /* Delay current task */ OSRdyGrp &= ~OSTCBCur->OSTCBBitY; } OSTCBCur->OSTCBDly = ticks; /* Load ticks in TCB */ OS_EXIT_CRITICAL(); OS_Sched(); /* Find next task to run! */ } }
RTCCON PMWKUP
Alarm Generator
RTCALM PWDN ALMNT
三星44B0X（ARM7）芯片中的RTC •在系统没有上电的情况下，可由后备电池供电； •可以通过ARM的STRB/LDRB操作获取RTC以二进制编码的十进制数据 格式向CPU提供8比特数据。数据包含秒、分、小时、日、月和年等内容； •使用一个外部的32.768KHz晶振； •包括一个闰年产生器； •提供告警中断或是从掉电模式中唤醒的告警功能：； •能够避免2000年问题（即千年虫问题）； •独立的电源引脚； •能够为实时内核的系统时钟提供毫秒级的时间中断； •能够进行循环复位。
void TickTask (void *pdata) { pdata = pdata; for (;;) { OSMboxPend(...); /* Wait for signal from Tick ISR */ OSTimeTick(); OS_Sched(); } } void OSTickISR(void) { Save processor registers; Call OSIntEnter() or increment OSIntNesting; if (OSIntNesting == 1) { OSTCBCur->OSTCBStkPtr = SP; } Post a 'dummy' message (e.g. (void *)1) to the tick mailbox;
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硬件时钟设备
• 从硬件的角度来看，定时器（timer）和计 数器（counter）的概念是可以互换的，其 差别主要体现在硬件在特定应用中的使用 情况。
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一个简单的定时器/计数器 •包含一个可装入的8位计数寄存器，一个时钟输入信号和一个输出脉冲。 •通过软件可以把一个位于0x00和0xFF之间的初始数据转入到计数寄存器。随后 的每一个时钟输入信号都会导致该值被增加。 •当8位计数器溢出时，就产生输出脉冲。 •输出脉冲可以用来触发处理器上的一个中断，或是在处理器能够读取的地方设 置一个二进制位。 •输出脉冲是操作系统时钟的硬件基础，是因为输出脉冲将送到中断控制器上， 产生中断信号，触发时钟中断，由时钟中断服务程序维持操作系统时钟的正常 工作。
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tick处理程序
系统时钟中断服务程序
… tick处理程序 …
… 相对时间处理 … 任务时间片处理 … 时间等待链处理 … 软件定时器处理 … 日历时间处理 … 任务调度处理
tick处理程序
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Tick Under uC/OS-II
void OSTickISR(void) {
}
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void OSTimeTick (void) { #if OS_CRITICAL_METHOD == 3 OS_CPU_SR cpu_sr; #endif OS_TCB *ptcb;
OSTimeTickHook(); (1) #if OS_TIME_GET_SET_EN > 0 OS_ENTER_CRITICAL(); OSTime++; (2) OS_EXIT_CRITICAL(); #endif if (OSRunning == TRUE) { ptcb = OSTCBList; (3) while (ptcb->OSTCBPrio != OS_IDLE_PRIO) { (4) OS_ENTER_CRITICAL(); if (ptcb->OSTCBDly != 0) { if (--ptcb->OSTCBDly == 0) { if ((ptcb->OSTCBStat & OS_STAT_SUSPEND) == 0x00) { (5) OSRdyGrp |= ptcb->OSTCBBitY; (6) OSRdyTbl[ptcb->OSTCBY] |= ptcb->OSTCBBitX; } else { ptcb->OSTCBDly = 1; } } } ptcb = ptcb->OSTCBNext; OS_EXIT_CRITICAL(); } } 电子科技大学嵌入式软件工程中心 }
硬件时钟设备
• 大多数嵌入式系统有两种时钟源：
–实时时钟（real time clock，RTC） –定时器/计数器
• 实时时钟：
–一般靠电池供电，即使系统断电，也可以维持日期 和时间。 –实时时钟独立于操作系统，所以也被称为硬件时钟， 为整个系统提供一个计时标准。
• 定时器/计数器：
–实时内核需要一个定时器作为系统时钟（或称OS时 钟），并由实时内核控制系统时钟工作。 –一般情况下，系统时钟的最小粒度是由应用和操作 系统的特点决定的。
电子科技大学嵌入式软件工程中心 OSTimeDly Under uC/OS-II
时间管理
• 管理功能是通过tick处理程序来实现的。
–定时器发生中断后，执行系统时钟中断处理程 序，并在中断处理程序中调用tick处理程序， 实现系统中与时间和定时相关的操作。 –tick处理程序作为实时内核的一部分，与具体 的定时器/计数器硬件无关，由系统时钟中断处 理程序调用，使实时内核具有对不同定时器/计 数器硬件的适应性。
CALL
CALL POP POP POPA IRET _OSTickISR ENDP
FAR PTR _OSTimeTick
FAR PTR _OSIntExit DS ES
; Process system tick
; Notify uC/OS-II of end of ISR
; Restore interrupted task's context
; Return to interrupted task
OSTickISR Under 80x86
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时间管理
• 相对时间即系统时间，是指相对于系统启动以来的时 间，以tick为单位，每发生一个tick，对系统的相对 时间进行一次加1操作。 • 实时内核根据tick对应的时间长度，可以把相对时间 转换为以秒或是毫秒为单位的其他时间格式，并可根 据实时时钟获得日历时间。 • 如果对任务设置了时间片处理方式，需要在tick处理 程序中对当前正在运行的任务的已执行时间进行更新， 使任务的已执行时间数值加1。
–例如，可以使系统5毫秒产生一个tick，也可以是 10毫秒产生一个tick。tick的大小决定了整个系统 的时间粒度。
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时间管理
• 通常来说，实时内核提供以下主要与时间 相关的管理：
–维持相对时间（时间单位为tick）和日历时间； –任务有限等待的计时； –定时功能； –时间片轮转调度的计时。
•为了重启定时器，软件需要重新装入一个相同或不同的初始数据到计数寄存器。
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硬件时钟设备
• 在一个典型的计数器中，当初始数据被装入后， 可以使用一定的方式来启动计数器。并且，一个实
际的计数器也需要为处理器提供一种通过数据总线读取计 数寄存器当前值的方式。
• 如果希望定时器能够自动重新装入初始数据，就 需要一个锁存寄存器，以保存处理器所写入的计 数数据。
– 当处理器向锁存寄存器写入数据时，计数寄存器也被写入了该数据。 – 定时器溢出时，定时器产生输出脉冲，然后自动把锁存寄存器中的 数据重新装入到计数寄存器。 – 由于锁存寄存器仍然拥有处理器写入的数据，计数器将从同样的初 始数据重新开始进行计数。 – 这样的定时器能够产生与时钟具有相同精度的规则性输出。输出脉 冲产生的周期性中断可以用于实时内核需要的tick，或是为UART提 供一个波特率时钟，或是驱动需要规则脉冲的设备。
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时间管理
• 实时内核的时间管理以系统时钟为基础， 系统时钟一般定义为整数或长整数，提供 给应用程序所有和时间有关的服务。 • 系统时钟是由定时/计数器产生的输出脉冲 触发中断而产生的。
• 输出脉冲的周期叫做一个“时钟滴答”， 也称为时标、tick。
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