通过任务分割提高嵌入式系统的实时性

在这个内核中，每0.5ms发生1次时钟中断，而每10次时钟中断组成了1个时间片（5ms）。任务1的优先级最高，每2个时间片（10ms）会执行1次，任务2每4个时间片（20ms）执行1次，优先级最低的任务6则每64个时间片（320ms）会执行1次。

4.2 系统中的键盘任务问题

在单片机系统中，键盘主要用于输入数据、代码和命令，因此系统必须循环不停地扫描扫描；一是有键波按下，CPU立即做出响应。键盘任务子程序也是根据这个要求而设计的。一般有两种处理方式：一是中断方式，二是查询方式。从有键按下时开始，到按键释放并转相应子程序而终止。该任务被内核调度的情况如图3所示。

图3中，Δt是人手按键的时间，一般为100～300ms。为了能说明问题，这里取100ms。

令 t1'-t1=Δt1,t2'-t2=Δt2

则一次键盘任务的执行时间

Δt'=t'2-t'1=t2+(t'2-t2)-[t1+(t'1-t1)]=

t2+Δt2-t1-Δt1=

t2-t1+(Δt2+Δt1)=

Δt+(Δt2-Δt1)

由图3可知

Δt1≤tms Δt2≤5ms

实际上，由于两次任务执行的情况不完全相同，Δt1与Δt2可能会有相当于几个指令周期的时间差异，但也只是μs级的误差。而且，这里是以时间片的形式来计算的，所以依然可以认为

Δt2-Δt1=0

因而有

Δt'=Δt+(Δt2-Δt1)=Δt=100ms(20个时间片)

也就是说，在这20个时钟片内只执行1次键盘任务，大部分的时间都在空等待。在此期间，系统中会有20-1=19次其它任务的执行被错过，图3中虚线所示就是在此100ms期间被错过执行的19个任务。显然，这在大多数多任务系统中都是不允许的。

因此，在这个多任务实时系统中，键盘任务是个典型的长任务，要使其它19次任务中断都有被应用的机会，必须对该键盘任务进行分割。

4.3 键盘任务的分割

键盘分割的方法是将一次键盘任务分成多个小任务，通过多次任务中断来完成。我们将其放在任务4中（80ms执行1次）。这样有ttask4≤ttask≤2ttask4，即可以保证键盘任务完整可靠地执行，又提高了CPU的效率。图4是分割后的键盘任务的执行过程。
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    从图4可以看出，1次完整的键盘任务是由2～3次任务中断来完成的。情况a中，每一次任务中断发生在ta1时刻，在接下来的一个时间片（5ms）内，检测到有键按下，调用查询值任务；第一次任务中断发生在ta2时刻，在接下来的一个时间片（5ms）内，检测到按键已释放，跳转并执行相应键处理程序。

情况b中，第二次任务中断时（tb2时刻），键还没有松开，因此实际上什么也不做；第三次中断（tb3时刻）才跳到与键值对应的子程序。

通过这样的分割，每个子任务都可以在5ms内完成。如果系统中还有大于5ms的长任务的话，可按此法继续进行分割；如果没有的话，系统任务级响应时间一定小于5ms。这样，此系统的实时性大大提高，由100ms提高到5ms。本刊网络补充版（http://www.dpj.com.cn）中，介绍了此任务改进后的部分源程序。

结语

通过任务分割，可以显著地提高多任务系统的实时性。本文改进后的源程序已经在基于MC68HC908GP32的温室控制器中成功地运行过。除此以外，还成功地对LED和SCI任务进行了分割。改进后，除了实时性大大提高外，CPU的执行效率也有显著提高。