第4章 中斷處理與時間管理

1、嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與時間管理本章描述本章描述CC/OS-II/OS-II的中斷處理與時間管理，包括：的中斷處理與時間管理，包括： 與中斷相關(guān)的概念與中斷相關(guān)的概念 CC/OS-II/OS-II中斷處理的方法中斷處理的方法 中斷級的任務(wù)切換中斷級的任務(wù)切換 時鐘節(jié)拍器的原理與正確應(yīng)用方法以及時鐘節(jié)拍器的原理與正確應(yīng)用方法以及 5 5個時間管理函數(shù)。個時間管理函數(shù)。本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與時間管理 中斷定義為CPU對系統(tǒng)

2、內(nèi)、外發(fā)生的異步事件的響應(yīng)。異步事件是指沒有一定時序關(guān)系的、隨機(jī)發(fā)生的事件。當(dāng)中斷產(chǎn)生時，由硬件向CPU 發(fā)送一個異步事件請求，CPU接收到請求后，中止當(dāng)前工作，保存當(dāng)前運(yùn)行環(huán)境，轉(zhuǎn)去處理相應(yīng)的異步事件任務(wù)，這個過程稱為中斷。事件處理完畢后，程序回到： 在前后臺系統(tǒng)中，程序回到后臺程序； 在不可剝奪型內(nèi)核中，程序回到被中斷了的任務(wù)； 在可剝奪型內(nèi)核中，讓進(jìn)入就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)開始運(yùn)行，若沒有高優(yōu)先級任務(wù)準(zhǔn)備就緒，則回到被中斷了的任務(wù)。 嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與時間管理 使用中斷機(jī)制的優(yōu)點在于：CPU無需連續(xù)不斷地

3、查詢是否有新的事件發(fā)生，只需在有事件發(fā)生時才作出響應(yīng)。 關(guān)中斷會影響中斷延遲時間，時間太長可能會引起中斷丟失。所以在實時環(huán)境中，關(guān)中斷的時間應(yīng)盡量短。 CPU可以通過兩條特殊指令：關(guān)中斷（Disable Interrupt）和開中斷（Enable Interrupt）來響應(yīng)和不響應(yīng)中斷。 在中斷服務(wù)期間，CPU一般允許中斷嵌套，如圖4.1所示，允許新的中斷打入，識別中斷優(yōu)先級別更高的事件。嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與時間管理嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與

4、時間管理 中斷延遲定義為：從硬件中斷發(fā)生到開始執(zhí)行中斷處理程序第一條指令所用的時間。也就是說，中斷延遲是從中斷發(fā)生到中斷跳轉(zhuǎn)指令執(zhí)行完畢之間的這段時間。 由于實時操作系統(tǒng)考慮得更多的是最壞的情況，而不是平均的情況，因此指令執(zhí)行的時間必須按照最長的指令執(zhí)行時間來計算。所以中斷延遲時間，通常是由關(guān)中斷的最長時間來決定的。關(guān)中斷的時間越長，中斷延遲就越長。中斷延遲是實時內(nèi)核最重要的指標(biāo)。1、在前后臺系統(tǒng)中、在前后臺系統(tǒng)中中斷延遲中斷延遲 MAXMAX（最長指令，關(guān)中斷的最長）時間（最長指令，關(guān)中斷的最長）時間 中斷向量跳轉(zhuǎn)時間中斷向量跳轉(zhuǎn)時間2、在不可剝奪型和不可剝奪內(nèi)核中、在不可剝奪型和不可剝奪內(nèi)

5、核中中斷延遲中斷延遲MAXMAX（最長指令，用戶關(guān)中斷，內(nèi)核關(guān)中斷）時間（最長指令，用戶關(guān)中斷，內(nèi)核關(guān)中斷）時間+ +中斷向量跳轉(zhuǎn)時間中斷向量跳轉(zhuǎn)時間 嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與時間管理 中斷響應(yīng)定義為從中斷發(fā)生起到開始執(zhí)行中斷用戶處理程序的第一條指令所用的時間，換句話說，中斷響應(yīng)是從中斷發(fā)生到剛剛開始處理異步事件之間的這段時間，它包括開始處理這個中斷前的全部開銷。 一般地，執(zhí)行用戶代碼之前要保護(hù)現(xiàn)場，將CPU的各個寄存器推入堆棧。這段時間將被稱為中斷響應(yīng)時間。 嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教

6、程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與時間管理2.在可剝奪型內(nèi)核中，則要先調(diào)用一個特定的函數(shù)，通知內(nèi)核即將進(jìn)行中斷服務(wù)，使得內(nèi)核可以跟蹤中斷的嵌套。對于C/OS-說來，這個函數(shù)是OSIntEnter()，可剝奪型內(nèi)核的中斷響應(yīng)時間由下式給出： 1.在前后臺系統(tǒng)和不可剝奪型內(nèi)核中，保存寄存器以后立即執(zhí)行用戶代碼，中斷響應(yīng)時間由下式給出：3.中斷響應(yīng)考慮的是系統(tǒng)在最壞情況下的響應(yīng)中斷時間，而不是平均時間。 例如某系統(tǒng)100次中有99次在100s之內(nèi)響應(yīng)中斷，只有一次響應(yīng)中斷的時間是250s，只能認(rèn)為中斷響應(yīng)時間是250s。 嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四

7、章第四章 中斷與時間管理中斷與時間管理 中斷恢復(fù)時間定義為：CPU返回到被中斷了的程序代碼所需要的時間。1.在前后臺系統(tǒng)和不可剝奪型內(nèi)核前后臺系統(tǒng)和不可剝奪型內(nèi)核中，中斷恢復(fù)時間只包括恢復(fù)CPU內(nèi)部寄存器值的時間和執(zhí)行中斷返回指令的時間。中斷恢復(fù)時間由下式給出：嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與時間管理2.對于可剝奪型內(nèi)核可剝奪型內(nèi)核，中斷的恢復(fù)要復(fù)雜一些。一般地，可剝奪型內(nèi)核在中斷服務(wù)子程序的末尾，都要調(diào)用一個由實時內(nèi)核提供的中斷脫離函數(shù)。在C/OS-中，這個函數(shù)叫做OSIntExit()，它首先判斷是否脫離了所有的中斷嵌套，

8、然后再判斷是否有更高優(yōu)先級的任務(wù)準(zhǔn)備就緒。若還處于中斷嵌套中，那么程序返回到前一級中斷服務(wù)子程序繼續(xù)執(zhí)行；若已經(jīng)脫離了所有的中斷嵌套，則檢查當(dāng)前是否有優(yōu)先級更高的任務(wù)準(zhǔn)備就緒，若有則返回到這個優(yōu)先級更高的任務(wù)，被中斷了的任務(wù)只有重新成為優(yōu)先級最高的就緒態(tài)任務(wù)時才能恢復(fù)運(yùn)行；如果沒有更高優(yōu)先級任務(wù)準(zhǔn)備就緒，則返回到被中斷的任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行。在這種情況下，可剝奪型內(nèi)核的中斷恢復(fù)時間由下式給出：嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與時間管理嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與時間

9、管理1.在非屏蔽中斷服務(wù)子程序中，不能在非屏蔽中斷處理內(nèi)處理臨界區(qū)代碼、不能使用內(nèi)核提供的服務(wù)。2.在非屏蔽中斷處理程序中參數(shù)的傳遞必須用全程變量，且全程變量的字節(jié)長度必須能夠一次讀完。3.若一定要在非屏蔽中斷產(chǎn)生時使用內(nèi)核服務(wù)，則可以通過用非屏蔽中斷產(chǎn)生普通可屏蔽中斷的方法來實現(xiàn)。 非屏蔽中斷（NMI）是指不能用系統(tǒng)指令來關(guān)閉的中斷。 非屏蔽中斷的特點是：中斷優(yōu)先級高、延遲時間短、響應(yīng)快、不能被嵌套，不能忍受內(nèi)核的延遲，一般常應(yīng)用于緊急事件處理，如掉電保護(hù)等。嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與時間管理4.2.1 4.2.1 中

10、斷處理程序中斷處理程序圖4.4 標(biāo)準(zhǔn)中斷處理程序流程圖 二、中斷進(jìn)入函數(shù)的實現(xiàn)代碼二、中斷進(jìn)入函數(shù)的實現(xiàn)代碼 在C/OS-中，中斷處理程序可用匯編語言編寫，也可以用C語言編寫。一、一、 標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)的CC/OS-/OS-中斷服務(wù)子程序中斷服務(wù)子程序 一個標(biāo)準(zhǔn)的C/OS-中斷服務(wù)子程序應(yīng)該按圖4.4所示流程圖進(jìn)行編寫。程序清單程序清單4.1 4.1 OSIntEnterOSIntEnter() ()void OSIntEnter (void) reentrant if (OSRunning = = TRUE) / 多任務(wù)啟動后，方可通知 / 內(nèi)核。否則，直接退出。 if (OSIntNesting

11、 0) OSIntNesting-； ( 1 ) if (OSIntNesting | OSLockNesting) = 0) ( 2 ) OSIntExitY = OSUnMapTblOSRdyGrp； OSPrioHighRdy = (INT8U)(OSIntExitY 0) / 若參數(shù)為0，則表示不想對/ 任務(wù)延時，函數(shù)立即返回 OS_ENTER_CRITICAL()； / 關(guān)中斷 y = OSTCBCur-OSTCBY； OSRdyTbly &= OSTCBCur-OSTCBBitX； /從就緒表中移出當(dāng)前任務(wù) if (OSRdyTbly &= OSTCBCur-OST

12、CBBitX) = 0) OSRdyGrp &= OSTCBCur-OSTCBBitY； OSTCBCur-OSTCBDly = ticks；/ 保存節(jié)拍數(shù)，每隔一個/時鐘節(jié)拍，這個變量數(shù)減1 OS_EXIT_CRITICAL()； / 關(guān)中斷 OS_Sched()；/ 當(dāng)前任務(wù)已經(jīng)掛起，執(zhí)行/下一個優(yōu)先級最高就緒任務(wù) 嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與時間管理在調(diào)用OSTimeDly()函數(shù)時必須注意以下事項：1.時間的長短是用時鐘節(jié)拍的數(shù)目來確定的；2.可提供的時鐘節(jié)拍數(shù)范圍是：165,535；3.參數(shù)為0，表明不進(jìn)

13、行延時操作，而立即返回調(diào)用者；4.為了確保設(shè)定的延時時間，建議設(shè)定的時鐘節(jié)拍數(shù)加1；5.只能在任務(wù)中調(diào)用，無配置常量。 嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與時間管理INT8U OSTimeDlyHMSM( INT8U hour，INT8U minutes，INT8U seconds，INT16U milli) reentrant 4.4.2.1 4.4.2.1 函數(shù)原型函數(shù)原型 1.功能功能：這是一個十分有用的函數(shù)，它是以時、分、秒、毫秒為單位進(jìn)行延時。2.調(diào)用者調(diào)用者：只能是任務(wù)。調(diào)用后，如果延時時間不為0，系統(tǒng)將立即掛起當(dāng)前任

14、務(wù)，并進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。3.最長延時最長延時：長達(dá)256個小時（接近11天）。4.函數(shù)參數(shù)函數(shù)參數(shù)： hours 延時小時數(shù)， 取值范圍0255； mintues 延時分鐘數(shù)， 取值范圍059； seconds 延時秒數(shù)， 取值范圍059； milli 延時毫秒數(shù)， 取值范圍0999嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與時間管理1.OS_ON_ERR調(diào)用成功；2.OS_TIME_INVALID_MINUTES 參數(shù)錯誤，分鐘數(shù)大于59；3.OS_TIME_INVALID_SECONDS參數(shù)錯誤，秒數(shù)大于59；4.OS_TIME_INVA

15、LID_MILLI參數(shù)錯誤，毫秒數(shù)大于999；5.OS_TIME_ZERO_DLY 4個參數(shù)全為0，不操作而直接返回OSTimeDlyHMSM()函數(shù)的返回值有如下幾種：嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與時間管理程序清單程序清單4.84.8 OSTimeDlyHMSMOSTimeDlyHMSM() ()#if OS_TIME_DLY_HMSM_EN 0INT8U OSTimeDlyHMSM (INT8U hours，INT8U minutes，INT8U seconds，NT16U milli) reentrant INT32U

16、 ticks； INT16U loops； if (hours 0 | minutes 0 | seconds 0 | milli 0) / 條件檢查，全為0，則返回return (OS_TIME_ZERO_DLY)； if (minutes 59) return (OS_TIME_INVALID_MINUTES)； if (seconds 59) return (OS_TIME_INVALID_SECONDS)； if (milli 999)return (OS_TIME_INVALID_MILLI)； ticks = (INT32U)hours * 3600L * OS_TICKS_PER

17、_SEC + (INT32U)minutes * 60L * OS_TICKS_PER_SEC + (INT32U)seconds * OS_TICKS_PER_SEC+ OS_TICKS_PER_SEC * (INT32U)milli+ 500L/OS_TICKS_PER_SEC) / 1000L；/ 換算為時鐘節(jié)拍，精度0.5個節(jié)拍 loops = ticks / 65536L； ticks = ticks % 65536L； OSTimeDly(ticks)； while (loops 0) OSTimeDly(32768)； OSTimeDly(32768)； loops-； retu

18、rn (OS_NO_ERR)； #endif4.4.2.3 4.4.2.3 原理與實現(xiàn)原理與實現(xiàn) 嵌入式實時操作系統(tǒng)嵌入式實時操作系統(tǒng)C/OS-C/OS-教程教程 第四章第四章 中斷與時間管理中斷與時間管理1.要使用該函數(shù)，首先要用OS_CPU.H文件中定義的全局常數(shù)OS_TICKS_PER_SEC將時間轉(zhuǎn)換為時鐘節(jié)拍數(shù)，這個全局常數(shù)表示的是每秒鐘時鐘節(jié)拍器產(chǎn)生的節(jié)拍數(shù)量，稱為時鐘節(jié)拍頻率，取值一般設(shè)置在10100Hz之間；2.4個參數(shù)全為0，表示不進(jìn)行任何操作，直接返回；3.當(dāng)時鐘周期1ms時，計時最小單位是一個時鐘節(jié)拍，精度是0.5個節(jié)拍。例如：例如：若將時鐘節(jié)拍頻率（OS_TICKS_PER_SEC）設(shè)置成100Hz（10ms），4ms的延時不會產(chǎn)生任何延時！而5ms的延時就等于延時10ms；4.當(dāng)時鐘周期 0void OSTimeSet (INT32U ticks) reentr