uCOS-II软件定时器管理算法..doc

μC/OS-II软件定时器管理算法分析及改进摘要：软件定时器是常用于内核设计和应用程序设计的一项基础软件措施。本文对μC/OS-II V2.86中新增的用于管理软件定时器的定时器轮进行了重新规划，并对处理算法进行了重新设计，有效提高了软件定时器的到期命中率，验证表明，新改进的算法在同等负载下可降低CPU的负载率约9%左右。 　　1、概述 　　软件定时器是一种软件措施，通过它可以使一项特定的任务在给定的时间段后被执行。软件定时器广泛地应用于内核设计和应用程序设计中，例如，一个进程使用软件定时器等待其他的进程完成特定的动作,以使任务间的操作同步等，因此，对软件定时器的高效实现对提升系统的响应效率是至关重要的。 　　作为一种基础的软件措施，μC/OS-II[1]的 V2.86版本中增加了对软件定时器的支持。使用μC/OS-II提供的软件定时器，应用程序可以方便地完成特定的定时任务。本文对μC/OS-II的软件定时器的实现机制进行简要分析，然后提出了对μC/OS-II的软件定时器的实现进行改进的方法。 2、μC/OS-II软件定时器的实现机制及算法分析 　　2.1 μC/OS-II软件定时器的核心数据结构　　 μC/OS-II实现软件定时器的核心数据结构是 OS_TMR，其定义如下： 　　typedef struct os_tmr { 　　INT8U OSTmrType; /*应该设置为OS_TMR_TYPE*/ 　　OS_TMR_CALLBACK OSTmrCallback; /*指定时间到达时要执行的回调函数*/ 　　void *OSTmrCallbackArg; /*传递给回调函数的参数*/ 　　void *OSTmrNext; /*软件定时器链表管理指针*/ 　　void *OSTmrPrev; 　　INT32U OSTmrMatch; /*当OSTmrTime == OSTmrMatch 时表示定时器时间到*/ 　　INT32U OSTmrDly; /*对于周期性定时器，再次启动定时器前的延时时间*/ 　　INT32U OSTmrPeriod; /*对于周期性定时器，时钟周期的长度*/ 　　INT8U OSTmrOpt; /*选项 (如 OS_TMR_OPT_xxx 等) */ 　　INT8U OSTmrState; /*定时器的状态*/ 　　} OS_TMR; 　　每个 OS_TMR结构的实例定义了一个软件定时器，多个软件定时器通过结构中的 OSTmrNext和 OSTmrPrev构成一个定时器双向链表。 　　为了提高对软件定时器的管理效率，μC/OS-II引入了“定时器轮”数据结构，所谓定时器轮，是将定时器实例中的 OSTmrMatch域的值参照某一个预先设计的数（称为轮数）进行求余运算，并根据求余结果将定时器进行分组以改善对到期定时器的命中率。定时器轮数缺省配置如下: 　　typedef struct os_tmr_wheel { 　　OS_TMR *OSTmrFirst; /*指向第一定时器的指针*/ 　　INT16U OSTmrEntries; /*该定时器轮中的定时器项数*/ 　　} OS_TMR_WHEEL; 　　缺省配置下，μC/OS-II 定义的轮数为8，因此，μC/OS-II 的定时器轮为如下的一个数组： 　　OS_TMR_WHEEL OSTmrWheelTbl[8]; 　　例如，在某一个特定的时刻,此处假设时刻5，系统中有定时时间为2ticks、4ticks、5ticks、32ticks、161ticks、357ticks的软件定时器，那么，这些定时器将在时钟滴答分别为7、9、10、37、166、362时到期，则此时系统的定时器轮的实例如图 1所示： 　　2.2 μC/OS-II软件定时器的处理算法分析 　　μC/OS-II对定时器的超时处理在一个称为“uC/OS-II Tmr”的任务中进行,该任务是通过信号量 OSTmrSemSignal来激活。基于以上定义的定时器轮，μC/OS-II对定时器的处理算法如下： 　　static void OSTmr_Task (void *p_arg) 　　{ 　　for(;;) 　　{ 　　等待OSTmrSemSignal 信号量并获得OSTmrWheelTbl 的访问权； 　　STmrTime = OSTmrTime+1，并对8 求余后得到对应的定时器轮项索引index; 　　for OSTmrWheelTbl[index]定时器轮中的每一个定时器ptmr，do 　　{ 　　if (OSTmrTime == ptmr-OSTmrMatch) { 　　执行ptmr 软件定时器中的回调函数； 　　对于单次定时器，从定时器轮中删除该时钟； 　　对于周期性定时器