电子科技大学嵌入式系统及应用课件Chapter7（A） 时间管理.ppt

嵌入式系统及应用 第七章 时间管理 主要内容 硬件时钟设备 时间管理 时间管理 时间管理一般具有以下功能： 维持日历时间； 任务有限等待的计时； 软定时器的定时管理； 维持系统时间片轮转调度。 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。 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。 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。 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。 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。 时间管理 tick为系统的相对时间单位，也被称为系统的时基，来源于定时器的周期性中断，一次中断表示一个tick。 一个tick与具体时间的对应关系可在初始化定时器时设定，也就是说，tick所对应的具体时间长度是可以调整的。 一般来说，实时内核都提供相应的调整机制，应用可以根据特定情况改变tick对应的时间长度。 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。 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。 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。 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。 执行加1操作后，如果任务的已执行时间同任务的时间片相等，表示任务使用完一个时间片的执行时间，需要结束当前任务的执行，设置调度标志，把当前任务放置到就绪链。 时间管理 时间等待链用来存放需要延迟处理的对象： 产生tick后，需要对时间等待链中的对象的剩余等待时间值进行处理。 对于时间等待的对象，通常都被组织为差分链表的方式进行管理，以有效降低时间等待对象的管理开销。 在时间差分链中，每个表项所包含的计时值并非当前时刻到表项激活时刻的绝对计数，而是该表项和先于它的所有表项的计数值之和。 时间管理 对于差分时间链，系统每接收到一个tick，就修订链首对象的时间值。如果链表对象的时间单位为tick，则每发生一个tick，链首对象的时间值就