基于ReWorks操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)多任務(wù)程序設(shè)計(jì)

董 巍 馬 云

（1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第38研究所，安徽 合肥 230031；2.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第32研究所，上海 200233）

由于信息科技和網(wǎng)絡(luò)科技的發(fā)展速率非常快，此時(shí)群我們正不斷的朝著后PC領(lǐng)域發(fā)展。而這個(gè)階段的一大顯著的體現(xiàn)就是存在于各個(gè)區(qū)域的嵌入式的體系。這個(gè)體系目前正不斷的朝著工業(yè)生產(chǎn)和我們平時(shí)的各項(xiàng)活動(dòng)的一些細(xì)微層次之中發(fā)展。這個(gè)體系是當(dāng)前發(fā)展速率最為迅猛的體系其中的一個(gè)，與之相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)是人們非常關(guān)注的事項(xiàng)。要想獲取性能優(yōu)秀，穩(wěn)定性好的設(shè)計(jì)，就規(guī)定工作者不僅僅具有優(yōu)秀的能力，同時(shí)還要在開發(fā)平臺(tái)之中運(yùn)行嵌入式的體系，開展交叉性的活動(dòng)。該項(xiàng)實(shí)時(shí)操作體系和相關(guān)的軟件的研發(fā)氛圍，對(duì)于探索性能優(yōu)秀，穩(wěn)定性高的軟件有著非常關(guān)鍵的意義。

目前，國(guó)內(nèi)外知名的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)主要有：LynxOS操作系統(tǒng),功能強(qiáng)大、價(jià)格昂貴；RT-Linux操作系統(tǒng),開發(fā)工具少、資源開銷大；VxWorks操作系統(tǒng),功能強(qiáng)大、價(jià)格昂貴；pSOS操作系統(tǒng),技術(shù)服務(wù)資源匱乏；QNX操作系統(tǒng),開發(fā)工具少，應(yīng)用不普及；ReWorks操作系統(tǒng),國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)，它有著非常優(yōu)秀的功效。

ReWorks是一個(gè)運(yùn)行在目標(biāo)機(jī)上的高性能和可裁減的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS），自從面世至今，它憑借著自身的優(yōu)勢(shì)，比如穩(wěn)定性好，安全性高等等的一些優(yōu)點(diǎn)，被大范圍的運(yùn)用到很多的行業(yè)之中，比如通信以及醫(yī)療裝置等等，在我們國(guó)家有著數(shù)量非常龐大的使用者。

1 關(guān)于ReWorks

它是一項(xiàng)嵌入式的實(shí)時(shí)的操作體系，有著非常多的優(yōu)勢(shì)，比如裁剪性非常優(yōu)秀，而且穩(wěn)定性好，同時(shí)因?yàn)樗哂蟹浅?yōu)秀的安全性和實(shí)時(shí)特征，所以被大范圍的應(yīng)用到很多的領(lǐng)域里面，比如我國(guó)的通信行業(yè)以及醫(yī)療裝置等等。

ReWorks的主要性能特點(diǎn)有：（1）支持CPU 環(huán) 境 ：x86、ARM7、ARM9、SPARC v8、PowerPC82XX/74XX/8540、 龍 芯 2F、ADI Blackfin；（2）支持硬件環(huán)境：冗余網(wǎng)絡(luò)、雙屏顯示、USB、AFDX、FLASH、CAN、1553B；（3）支持分布式處理：支持OMG RT-CORBA、SCA核心框架；（4）標(biāo)準(zhǔn)化與兼容性：POSIX 1003-2003、VxWorks 5.x；（5）裁剪性能：最小配置小于20K，支持ROM化；（6）擴(kuò)展能力：支持eXtremeDB數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形處理；（7）安全能力：基于MMU的空間保護(hù)能力，任務(wù)遷移能力；

2 多任務(wù)程序設(shè)計(jì)

該項(xiàng)軟件相關(guān)的設(shè)計(jì)工作在開展的時(shí)候，最為關(guān)注的是它的實(shí)時(shí)特征。其中包括如何按照功能進(jìn)行任務(wù)劃分、任務(wù)優(yōu)先級(jí)的設(shè)置、任務(wù)間通信機(jī)制的選擇、中斷處理程序的編寫、如何在多個(gè)處理器之間進(jìn)行任務(wù)的分配和采取什么樣的任務(wù)調(diào)度策略等關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于多項(xiàng)任務(wù)的劃分以及分配和調(diào)度這三個(gè)要素來講，它們本身是一個(gè)不可分割的綜合體，其中最為關(guān)鍵的要素是劃分。其中的任意要素設(shè)計(jì)不當(dāng)?shù)脑挾紩?huì)干擾到整個(gè)體系的發(fā)展。

2.1 多任務(wù)劃分

在ReWorks操作系統(tǒng)中，最小的程序運(yùn)行單位稱為任務(wù)。每個(gè)任務(wù)包含一段固定的代碼和數(shù)據(jù)空間。操作系統(tǒng)內(nèi)核通過任務(wù)控制塊對(duì)它的執(zhí)行、通信、資源等情況進(jìn)行控制。多任務(wù)劃分涉及如何將整個(gè)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)為不同的任務(wù)來實(shí)現(xiàn)，任務(wù)之間采取怎樣的耦合關(guān)系，劃分的粒度如何等。在根據(jù)數(shù)據(jù)流劃分任務(wù)時(shí)，影響劃分的要素包括數(shù)據(jù)之間的并行和串行關(guān)系；根據(jù)控制流劃分任務(wù)時(shí)，考慮的要素是控制的因果關(guān)系。

2.2 多任務(wù)調(diào)度

它的設(shè)計(jì)意義是確保重要的任務(wù)能夠獲取回應(yīng)，而且全部任務(wù)的設(shè)計(jì)要素都可以在規(guī)定的時(shí)間之中開展好。它涵蓋體系調(diào)度方法的選取，優(yōu)先的明確和任務(wù)間的一些聯(lián)系和競(jìng)爭(zhēng)等等。在進(jìn)行劃分的時(shí)候，分析了各個(gè)要素要擔(dān)負(fù)的活動(dòng)的重要性，該項(xiàng)調(diào)度就要結(jié)合各個(gè)任務(wù)的重要性等對(duì)其設(shè)置優(yōu)先權(quán)。任務(wù)調(diào)度還必須是不同優(yōu)先級(jí)的協(xié)作任務(wù)有效地同步。ReWorks支持兩種調(diào)度方式：基于優(yōu)先級(jí)的搶占調(diào)度和時(shí)間片輪轉(zhuǎn)調(diào)度。

2.3 任務(wù)間通訊

ReWorks提供了一套豐富的任務(wù)間通信與同步的機(jī)制。這些通信功能使一個(gè)應(yīng)用中各個(gè)獨(dú)立的任務(wù)協(xié)調(diào)它們的活動(dòng)。任務(wù)間通信與同步的機(jī)制包括：信號(hào)量、消息隊(duì)列、管道、信號(hào)、套接字。信號(hào)量主要用于對(duì)臨界資源訪問的同步和互斥；消息隊(duì)列多用于消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制；管道是基于文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的任務(wù)間按先進(jìn)先出方式傳送數(shù)據(jù)的通信方式；信號(hào)相當(dāng)于軟中斷；套接字主要用于網(wǎng)絡(luò)通信。

3 基于ReWorks的多任務(wù)實(shí)現(xiàn)

一個(gè)嵌入式系統(tǒng)典型模型的任務(wù)可劃分為：初始化任務(wù)、數(shù)據(jù)接收任務(wù)、數(shù)據(jù)處理任務(wù)、中斷處理程序、數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)，各任務(wù)的功能可描述如下：

3.1 初始化任務(wù)：對(duì)設(shè)備的初始化設(shè)置、連接設(shè)備中斷到中斷服務(wù)程序。同時(shí)，發(fā)起數(shù)據(jù)接收任務(wù)、數(shù)據(jù)處理任務(wù)、數(shù)據(jù)發(fā)送任務(wù)，完成后退出。

3.2 中斷服務(wù)程序：外在信息的到來并不是同步活動(dòng)，使用中斷來設(shè)置是目前使用最多的一個(gè)措施。中斷服務(wù)程序在產(chǎn)生外部中斷時(shí)調(diào)用，其功能包括接收數(shù)據(jù)到接收緩沖區(qū)，并通知數(shù)據(jù)接收任務(wù)讀取數(shù)據(jù)。

3.3 數(shù)據(jù)接收任務(wù)：等待中斷服務(wù)程序的通知，從設(shè)備端口接受來自外部的數(shù)據(jù)并處理。

3.4 數(shù)據(jù)處理任務(wù)：取出需要處理的數(shù)據(jù)，進(jìn)行一定算法的數(shù)據(jù)處理。

由于不一樣的任務(wù)對(duì)于時(shí)間的規(guī)定不是一樣的，可以結(jié)合它們的特征對(duì)其設(shè)置一定的優(yōu)先權(quán)，進(jìn)而便于調(diào)度工作的開展。并選擇一個(gè)或多個(gè)任務(wù)間通信方式來實(shí)現(xiàn)多任務(wù)間通信。各任務(wù)之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 多任務(wù)關(guān)系圖

結(jié)語(yǔ)

通過上文的分析，我們得知了該操作體系在很多的行業(yè)之中都獲取了非常顯著的意義，比如通信以及工業(yè)和醫(yī)療裝置等等。由于它具有實(shí)時(shí)的特征，所以它的軟件會(huì)受到環(huán)境以及空間等等的多項(xiàng)要素的干擾，對(duì)于穩(wěn)定性的規(guī)定很是嚴(yán)苛，對(duì)于其軟件的探索來講有一定的難度。了解設(shè)計(jì)機(jī)制對(duì)于開展體系的設(shè)計(jì)工作來講，有著非常多的優(yōu)勢(shì)。

[1]王才善，陳光武，曠文珍，范多旺，魏宗壽.基于VxWorks的實(shí)時(shí)多任務(wù)程序設(shè)計(jì)機(jī)制分析[J].鐵路計(jì)算機(jī)應(yīng)用，200918（5）:12-15.

[2]劉尉悅，張萬生，邢濤，王硯方.VxWorks操作系統(tǒng)及實(shí)時(shí)多任務(wù)程序設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2001（5）:12-21.