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事件驱动的实时嵌入式系统的设计

和实现

摘要嵌入式实时操作系统具有嵌入式软件共有的可裁剪、低功耗等特点；而实时操作系

统，可以满足系统对实时性的要求。但嵌入式实时系统需要增加额外的系统开销，随着系统

功能的增加，逐渐增加的开销将不容忽视。对于某些功能简单的嵌入式系统，本文提出了一

种实时嵌入式系统的设计方法，采用简单的方法和代码来建立一个快速、有效地系统。该嵌

入式软件系统主要包括主控循环系统、事件驱动任务、周期循环任务及软件计数器。在冰箱

嵌入式系统中进行了具体实现，满足实时性的同时降低了对系统资源的占用率。

关键字主控循环；事件驱动任务；周期任务；软件计时器

1引言

嵌入式实时系统中采用的操作系统，我们称为嵌入式实时操作系统，它既是嵌入式操作系

统，又是实时操作系统。作为一种嵌入式操作系统，它具有嵌入式软件共有的可裁剪、低功

耗等特点；而作为一种实时操作系统，可以满足系统对实时性的要求[1]。

但是，使用嵌入式实时操作系统还需要额外的ROM/RAM开销，2%~5%的CPU额外负荷

以及内核的费用；同时如果任务之间抢占CPU控制权处理不好，会产生系统崩溃、死机等

严重后果；而且随着对嵌入式实时操作系统需求的增长，将越来越多的功能添加到系统中，

使其变得越来越臃肿。对许多小型或中等嵌入式设备，尤其是对成本敏感的小型设备，使用

嵌入式实时操作系统会大大增加设备的成本，因而在本文中提出一种实时嵌入式软件系统的

设计方法。本文的设计思想主要包括主控循环系统、事件驱动任务、周期循环任务及软件计

时器四部分。

2系统设计

2.1主控制循环

该系统将软件分成独立的任务模块，支持事件驱动任务，将事件驱动任务输入到事件队列，

当接收到恰当地触发事件时，才开始执行。否则，使其空闲，只占用极少地处理时间；以预

置地速度执行周期任务（即不需要触发就可执行地任务）。根据需要，执行速度有准确计时

和相对计时（与每次主控循环的执行速度相关联）两种方式。

该系统是非抢占式系统（其他的任务不会无法中断正在运行的任务），不需要使用信号量

来保护数据。只有当任务条目函数返回数值时，才会中断所有任务。例如，一个有键盘、L

CD、RS-232端口、多个I/O和串行打印机的嵌入式系统。I/O状态的每次改变将导致发送

一条RS-232信息、打印输出和LCD更新。RS-232信息的接收将导致打印输出、LCD更新

和输出状态更新。

程序1主控循环

intmain(void)

{

Init_All()；

for(；；)

{

IO_Scan()；

IO_ProcessOutputs()；

KBD_Scan()；

PRN_Print()；

LCD_Update()；

RS232_Receive()；

RS232_Send()；

TMR_Process()；

}

//此处可以添加异常处理代码

return(0)；

}

在程序1中，无穷循环中的每个函数调用代表一个独立的任务，无论执行哪个函数，每个

任务必须在合理的时间内返回。

该系统的主要工作是事件驱动任务。每个任务都有一个输入事件队列。例如，IO_Process

Outputs是事件驱动任务，负责控制输出状态，当输出没有状态改变时，该任务处于空闲状

态。需要启动输出时，则给该任务发送一条事件消息。在该系统中，有三个任务会向IO_Pr

ocessOutputs发送事件消息：

●输入扫描器(IO_Scan)任务，当输入状态改变导致输出状态的改变；

●RS-232接收任务，当接收到RS-232消息，需要开启或关闭输出；

●按键扫描器任务(KBD_Scan)，当完成一个条目时，需要开启或关闭输出。

其它的任务是周期任务，无需触发器即可运行。

有些需要运行地快一些，有些需要慢一点。例如，扫描输入需要比LCD的刷新快。为此

需要提供一些任务间通讯的简单方法。当输入状态发生急剧地变化时，RS-232无法发送所

有的消息。为此，应该降低从RS-232传送的I/O扫描器任务。这可以使用稳定的执行计数

器技术来实现。

除上述功能外，还需要另一外些重要功能。如使LCD上的光标按固定的频率刷新。这些

功能由TMR_Process间接调用，而不是由主控循环调用。TMR_Process是主控循环中唯一

一个非用户定义任务。