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基于RTOS的應(yīng)用程序的五個(gè)最佳實(shí)踐技巧

STM32嵌入式開發(fā) ? 來源:STM32嵌入式開發(fā) ? 2023-07-07 16:49 ? 次閱讀
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我在編寫RTOS應(yīng)用程序的過程中,經(jīng)常會遇到這些困難,包括正確確定系統(tǒng)中有多少任務(wù)、如何設(shè)置優(yōu)先級、協(xié)調(diào)任務(wù)行為、避免常見陷阱,有時(shí)只是為了讓應(yīng)用程序正常工作! 如今,近三分之二的嵌入式系統(tǒng)使用 RTOS,而且隨著系統(tǒng)的時(shí)序要求變得越來越復(fù)雜,這個(gè)數(shù)字只會隨著時(shí)間的推移而增加。在今天的文章中,我們將研究設(shè)計(jì)基于 RTOS 的應(yīng)用程序的五個(gè)最佳實(shí)踐技巧。

一、任務(wù)分解

首先我們可以遵循的第一個(gè)最佳實(shí)踐技巧就是使他們的 RTOS 應(yīng)用程序開發(fā)成功,是使用任務(wù)分解來獲得應(yīng)用程序中正確數(shù)量的任務(wù)。 有許多技術(shù)可用于分解任務(wù),但我喜歡使用的一種對嵌入式開發(fā)人員很有效的方法是使用由外向內(nèi)(outside-in)的方法。在這種方法中,開發(fā)人員遵循七個(gè)簡單的步驟:

識別并列出主要的系統(tǒng)組件;

繪制高級框圖;

標(biāo)記系統(tǒng)輸入;

標(biāo)記輸出;

確定一級任務(wù);

確定并發(fā)級別和依賴項(xiàng);

確定第二層任務(wù)(應(yīng)用程序任務(wù));

在為恒溫器等物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點(diǎn)執(zhí)行此過程時(shí),最終可能會得到如下圖所示:

3208a8c8-1c9d-11ee-962d-dac502259ad0.png

在這種情況下,系統(tǒng)通常有六個(gè)任務(wù),其中一個(gè)任務(wù)監(jiān)督應(yīng)用程序代碼。(根據(jù)系統(tǒng)復(fù)雜性,可以進(jìn)一步分解此任務(wù))。

二、選擇正確的調(diào)度算法來分配優(yōu)先級

我觀察到很多使用 RTOS 的開發(fā)人員從不花時(shí)間決定他們將如何安排他們的任務(wù)。他們通常假設(shè) RTOS 會為他們做這件事,并且他們的任務(wù)會根據(jù)提供他們選擇的任務(wù)優(yōu)先級成功運(yùn)行。 事實(shí)是,開發(fā)人員可以通過多種不同的方式來安排任務(wù)。 首先,開發(fā)人員可以使用任務(wù)響應(yīng)時(shí)間來調(diào)度任務(wù)。在這些系統(tǒng)中,響應(yīng)時(shí)間最短的任務(wù)應(yīng)該被分配最高優(yōu)先級。 其次,開發(fā)人員可以使用一個(gè)任務(wù)執(zhí)行時(shí)間來調(diào)度任務(wù)。在這些系統(tǒng)中,執(zhí)行時(shí)間最短的任務(wù)應(yīng)該被分配最高優(yōu)先級。 最后,開發(fā)人員可以使用任務(wù)周期來安排任務(wù)。在這些系統(tǒng)中,周期最短的任務(wù)優(yōu)先級最高。 只有在您選擇了調(diào)度方法之后,您才能正確設(shè)置您的任務(wù)優(yōu)先級。(我看到很多開發(fā)人員只是猜測)。

三、使用RMS驗(yàn)證任務(wù)是否可調(diào)度

大多數(shù)使用 RTOS 的嵌入式系統(tǒng)中使用的調(diào)度算法是基于周期的調(diào)度,也稱為速率單調(diào)調(diào)度(Rate Monotonic Scheduling)。 多年來,人們對如何使用 RMS 正確安排任務(wù)進(jìn)行了大量研究。通常,RMS 附帶了開發(fā)人員需要牢記的幾個(gè)假設(shè)。 首先,RMS 假設(shè)任務(wù)是周期性的并且它們也是獨(dú)立的。這意味著,如果您有一個(gè)非周期性任務(wù),在分析中我們會假設(shè)為它提供一些周期性時(shí)間。 接下來,RMS 假設(shè) RTOS 使用搶占式調(diào)度。它還假設(shè)所有任務(wù)都相等并且最壞情況的執(zhí)行時(shí)間是恒定的。 我經(jīng)常發(fā)現(xiàn) RMS 非常適合對我開發(fā)的 RTOS 應(yīng)用程序架構(gòu)是否有意義或者我是否在錯(cuò)誤的方向進(jìn)行完整性檢查。 例如,我可以假設(shè)具有以下任務(wù)的系統(tǒng)的行為方式并確定它是否可以成功調(diào)度其任務(wù):

324b83dc-1c9d-11ee-962d-dac502259ad0.png

對于使用 RMS 的系統(tǒng),對于具有無限數(shù)量任務(wù)的系統(tǒng),所有這些任務(wù)的 CPU 使用率必須低于 69.3%。對于上述系統(tǒng),我們可以看到總利用率為 52%,這意味著它們應(yīng)該是可調(diào)度的。

四、使用同步和數(shù)據(jù)流圖

在使用由外向內(nèi)(outside-in)的方法確定我在應(yīng)用程序中需要的所有任務(wù)后,我通常會創(chuàng)建一個(gè)同步和數(shù)據(jù)流圖。此圖的目的是:

映射系統(tǒng)中所有數(shù)據(jù)的來源

映射數(shù)據(jù)如何從其源轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)中的任務(wù)

映射如何存儲和訪問該數(shù)據(jù)

映射如何使用該數(shù)據(jù)來生成系統(tǒng)輸出

早些時(shí)候,我以連接互聯(lián)網(wǎng)的恒溫器為例。下面是我們可能為該應(yīng)用程序制作的數(shù)據(jù)流和同步圖。

326fb7de-1c9d-11ee-962d-dac502259ad0.png

如您所見,此圖不僅可以幫助我們了解數(shù)據(jù)如何在系統(tǒng)中移動,還可以幫助我們了解應(yīng)用程序中所需的 RTOS 組件,例如:

隊(duì)列

流緩沖區(qū)

信號

互斥體

如果沒有這樣的圖表,開發(fā)團(tuán)隊(duì)必然會遇到開發(fā)和維護(hù)問題。

五、預(yù)先定義任務(wù)和消息界面接口

一旦創(chuàng)建了數(shù)據(jù)流圖,就很容易開始對應(yīng)用程序進(jìn)行編碼。 這無疑會在一段時(shí)間內(nèi)順利進(jìn)行,但我發(fā)現(xiàn)如果開發(fā)人員不花時(shí)間預(yù)先仔細(xì)定義任務(wù)和消息接口,它可能會導(dǎo)致返工。 雖然數(shù)據(jù)流圖通常顯示數(shù)據(jù)如何通過應(yīng)用程序傳播,但它并不一定要求定義數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 目標(biāo)是預(yù)先檢查每個(gè)消息隊(duì)列,然后為這些消息構(gòu)建結(jié)構(gòu)。這很重要,因?yàn)樗鼘⒍x消息的外觀,而且還將有助于任何底層模塊的接口的外觀。例如,管理一系列閥門的任務(wù)可能需要包含以下內(nèi)容的消息:

閥門 ID

閥門狀態(tài)

閥門所需的時(shí)間

再說一次,它可能會期待:

定義閥門狀態(tài)的面罩

準(zhǔn)時(shí)清單

歸根結(jié)底,做事的方式總是不止一種,一種不一定比另一種更好。但是,在為支持任務(wù)執(zhí)行的其他模塊構(gòu)建接口時(shí),了解正在傳遞的消息將有所幫助。

六、結(jié)論

實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)比以往任何時(shí)候都更多地用于開發(fā)實(shí)時(shí)應(yīng)用程序。 我們在今天的文章中探討了幾個(gè)技巧,這些技巧不僅可以幫助讀者創(chuàng)建更清晰、更靈活的 RTOS 應(yīng)用程序,還可以幫助他們傳達(dá)應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)意圖。這些技巧應(yīng)該可以幫助讀者快速開始他們的應(yīng)用程序開發(fā)。 來源//great.blog.csdn.net/article/details/118736109

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原文標(biāo)題:RTOS應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的五個(gè)實(shí)踐技巧

文章出處:【微信號:c-stm32,微信公眾號:STM32嵌入式開發(fā)】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

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