張新玉，李愷，張鳳

　?。ū本┛臻g機(jī)電研究所，北京 100094）

　　摘要：介紹了空間控制器軟件外中斷主程序循環(huán)查詢任務(wù)調(diào)度、外中斷定時(shí)器中斷查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度和外中斷串口中斷查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度三種任務(wù)調(diào)度模式，并對三種任務(wù)調(diào)度模式的適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對比分析。結(jié)合工程實(shí)踐，采用外中斷串口中斷查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度模式，處理多個(gè)型號軟件任務(wù)調(diào)度，充分利用軟件資源，合理優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)，大大提高了整個(gè)軟件的響應(yīng)及時(shí)性和資源利用率。

　　關(guān)鍵詞：空間控制器軟件；任務(wù)調(diào)度；響應(yīng)及時(shí)性

0引言

　　當(dāng)前空間控制器軟件針對不同任務(wù)需求，通常有三種任務(wù)調(diào)度方式：外中斷主程序循環(huán)查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度、外中斷定時(shí)器中斷查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度、外中斷串口中斷查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度 ［14］。

　　本文結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，分別對三種任務(wù)調(diào)度模式及其應(yīng)用范圍進(jìn)行介紹，并針對當(dāng)前空間控制器軟件任務(wù)現(xiàn)狀，在型號應(yīng)用中合理利用CPU串口中斷功能，通過串口中斷解析中控計(jì)算機(jī)指令，優(yōu)化軟件資源與調(diào)度，提高軟件對任務(wù)響應(yīng)的及時(shí)性和工作效率［5］。

1空間控制器軟件任務(wù)調(diào)度

　　中控計(jì)算機(jī)與空間控制器通過總線通信［67］，空間控制器軟件通過外中斷程序接收中控計(jì)算機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息。在外中斷程序中，設(shè)定總線數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，接收數(shù)據(jù)信息，設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志。軟件根據(jù)不同類型的標(biāo)志，設(shè)定對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理緩沖區(qū)及緩沖區(qū)指針，將總線數(shù)據(jù)信息按類型轉(zhuǎn)存至對應(yīng)數(shù)據(jù)處理緩沖區(qū)。軟件根據(jù)指針值處理對應(yīng)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)信息［8］。

　　1.1外中斷-主程序循環(huán)查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度

　　外中斷-主程序循環(huán)查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度模式適用于空間控制器軟件任務(wù)較少、軟件在主程序中通過循環(huán)查詢能夠及時(shí)處理任務(wù)或中控計(jì)算機(jī)對任務(wù)響應(yīng)及時(shí)性要求不高的情形。

　　軟件根據(jù)任務(wù)數(shù)據(jù)類型，設(shè)定不同的數(shù)據(jù)處理緩沖區(qū)及緩沖區(qū)指針。在收到中控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)后，觸發(fā)CPU處理器外部中斷，在外中斷中解析收到的中控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)信息，設(shè)置不同的標(biāo)志，并將數(shù)據(jù)信息保存在相對應(yīng)的總線數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，退出外中斷程序。

　　軟件在主程序中循環(huán)查詢數(shù)據(jù)信息標(biāo)志，當(dāng)主程序查詢到相關(guān)標(biāo)志后，根據(jù)數(shù)據(jù)信息標(biāo)志，判斷收到的數(shù)據(jù)類型，提取相應(yīng)的中控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，將其按類型保存在對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理緩沖區(qū)，釋放總線數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，對應(yīng)數(shù)據(jù)處理緩沖區(qū)指針加1，完成中控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信任務(wù)的調(diào)度功能。通過主程序中其他模塊，查詢數(shù)據(jù)處理緩沖區(qū)指針值，根據(jù)指針值，處理接收到的中控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)。具體操作流程如圖1所示。

　　1.2外中斷-定時(shí)器中斷查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度

　　外中斷-定時(shí)器中斷查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度模式適用于空間控制器軟件任務(wù)較復(fù)雜、對任務(wù)響應(yīng)及時(shí)性要求較高、外部圖1外中斷-主程序循環(huán)查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度模式架構(gòu)圖中斷資源全部被占用或定時(shí)器資源充足的情形，軟件在中斷程序中設(shè)置不同的數(shù)據(jù)信息標(biāo)志并保存數(shù)據(jù)信息后，啟動定時(shí)器計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)，再退出外中斷程序。定時(shí)時(shí)間到，進(jìn)入定時(shí)器中斷程序，查詢到相關(guān)數(shù)據(jù)信息標(biāo)志后，根據(jù)數(shù)據(jù)信息標(biāo)志，判斷收到的數(shù)據(jù)類型，提取相應(yīng)的中控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，將其按類型保存在對應(yīng)的數(shù)據(jù)處理緩沖區(qū)，釋放總線數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，對應(yīng)數(shù)據(jù)處理緩沖區(qū)指針加1，退出定時(shí)器中斷程序，完成中控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信任務(wù)調(diào)度功能。利用軟件中特定功能模塊，查詢數(shù)據(jù)處理緩沖區(qū)指針值，根據(jù)指針值，處理接收到的中控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)。具體操作流程如圖2所示。

　　1.3外中斷-串口中斷查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度

　　外中斷串口中斷查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度模式適用于空間控制器軟件任務(wù)復(fù)雜、對任務(wù)響應(yīng)及時(shí)性要求高、串口中斷資源閑置的情形，軟件在中斷程序中設(shè)置不同的數(shù)據(jù)信息標(biāo)志并保存數(shù)據(jù)信息后，啟動串口中斷，再退出外中斷程序。在串口中斷程序中實(shí)現(xiàn)定時(shí)器中斷功能，完成中控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信任務(wù)調(diào)度功能。利用軟件中特定功能模塊查詢數(shù)據(jù)處理緩沖區(qū)指針值，根據(jù)指針值，處理接收到的中控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)。具體操作流程如圖3所示。

　　1.4三種任務(wù)調(diào)度對比

　　在外中斷-主程序循環(huán)查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度模式下，軟件在運(yùn)行過程中，觸發(fā)外中斷，接收中控計(jì)算機(jī)發(fā)送來的數(shù)據(jù)信息，設(shè)置相應(yīng)數(shù)據(jù)信息標(biāo)志，退出外中斷，主程序循環(huán)，查詢到相應(yīng)數(shù)據(jù)信息標(biāo)志后，處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息。具體時(shí)序關(guān)系如圖4所示。

　　在該模式下，軟件在主程序中循環(huán)查詢外中斷中的數(shù)據(jù)信息標(biāo)志，若查詢到相關(guān)標(biāo)志，則執(zhí)行對應(yīng)標(biāo)志下的數(shù)據(jù)信息，否則執(zhí)行其他非查詢標(biāo)志類任務(wù)。由于軟件退出外中斷程序時(shí)機(jī)不確定，從而進(jìn)入主程序位置也不確定，導(dǎo)致軟件執(zhí)行主程序中相應(yīng)的查詢數(shù)據(jù)信息標(biāo)志，處理對應(yīng)數(shù)據(jù)信息部分功能不一定會及時(shí)響應(yīng)外中斷程序，中間可能會有一定的時(shí)間間隔。另外，若外中斷觸發(fā)頻率很高，或者軟件待處理的任務(wù)較多、較復(fù)雜，則可能會出現(xiàn)軟件頻繁進(jìn)入外中斷或主程序循環(huán)執(zhí)行周期較長的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致主程序中循環(huán)查詢數(shù)據(jù)信息標(biāo)志處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息功能，來不及處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息而不能滿足任務(wù)需求的情況。但是，由于整個(gè)軟件架構(gòu)中中斷資源使用較少，因此對于整個(gè)軟件來說，可靠性相對較高，因此該模式適用于軟件任務(wù)較少、在主程序中通過循環(huán)查詢能夠及時(shí)響應(yīng)任務(wù)處理或中控計(jì)算機(jī)對任務(wù)響應(yīng)及時(shí)性要求不高、功能較簡單、對軟件可靠性要求很高的空間控制器軟件。

　　在外中斷定時(shí)器中斷查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度模式下，軟件在中斷程序中處理相關(guān)信息，啟動定時(shí)器，退出外中斷后，定時(shí)時(shí)間到，進(jìn)入定時(shí)器中斷，處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息。退出定時(shí)器中斷后，軟件繼續(xù)執(zhí)行主程序循環(huán)，等待新的中控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信息觸發(fā)中斷，執(zhí)行相應(yīng)操作。由于定時(shí)時(shí)間與外中斷執(zhí)行時(shí)間不能完全匹配，因此軟件可能在退出外中斷后立即進(jìn)入定時(shí)器中斷程圖3外中斷串口中斷查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度模式架構(gòu)圖圖4外中斷主程序循環(huán)查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度模式時(shí)序

　　序，也可能中間插入了一段主程序，等定時(shí)時(shí)間到后，進(jìn)入定時(shí)器中斷程序，具體時(shí)序關(guān)系如圖5所示。

　　在該模式下，需占用一個(gè)定時(shí)器資源，由于該定時(shí)器主要用來響應(yīng)外中斷中的中控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信息，為了減少外中斷數(shù)據(jù)信息的處理時(shí)間，提高對外中斷的響應(yīng)速度，若設(shè)定的定時(shí)器計(jì)時(shí)時(shí)間較長，則會導(dǎo)致退出外中斷后，定時(shí)器定時(shí)未到，軟件無法及時(shí)進(jìn)入定時(shí)器中斷；若設(shè)置較短的定時(shí)周期，使得退出外中斷后及時(shí)進(jìn)入定時(shí)器中斷，則其定時(shí)周期受高級中斷影響更加不確定，導(dǎo)致定時(shí)器定時(shí)不準(zhǔn)。因此該定時(shí)器不再復(fù)用作其他功能，從而占用較多軟件資源。若軟件有其他未用中斷（如串口等），會造成一定的資源浪費(fèi)，另外獨(dú)占一個(gè)定時(shí)器，會增加其他定時(shí)器的任務(wù)量，導(dǎo)致定時(shí)器中斷處理程序復(fù)雜度提高。因此該模式通常適用于空間控制器軟件任務(wù)較復(fù)雜、對任務(wù)響應(yīng)及時(shí)性要求較高、外部中斷資源全部被占用或定時(shí)器資源充足、同時(shí)中控計(jì)算機(jī)對軟件響應(yīng)的實(shí)時(shí)性要求較高的空間控制器軟件。

　　在外中斷串口中斷查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度模式下，軟件在中斷程序中處理相關(guān)信息，啟動串口中斷，退出外中斷后，進(jìn)入串口中斷，處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息。退出串口中斷程序后，軟件繼續(xù)執(zhí)行主程序循環(huán)，等待新的中控計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信息觸發(fā)中斷，執(zhí)行相應(yīng)操作。具體時(shí)序關(guān)系如圖6所示?！?/p>

　　在該模式下，利用通常不被使用的串口中斷，通過軟件設(shè)置串口中斷，在退出外中斷程序后，立即進(jìn)入串口中斷，既不存在外中斷主程序循環(huán)查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度模式中中斷響應(yīng)時(shí)機(jī)不確定的現(xiàn)象，也不存在外中斷定時(shí)器中斷任務(wù)調(diào)度模式中可能出現(xiàn)的資源浪費(fèi)現(xiàn)象，整個(gè)系統(tǒng)軟件的資源得到最合理的優(yōu)化配置。相對于外中斷定時(shí)器中斷任務(wù)調(diào)度模式，若軟件串口閑置，則利用軟件串口功能，可以釋放一個(gè)定時(shí)器資源，通過合理優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)更多更復(fù)雜的定時(shí)功能，提高整個(gè)軟件的執(zhí)行效率和可靠性。因此，該模式通常適用于資源緊張、軟件功能復(fù)雜、定時(shí)要求多、響應(yīng)實(shí)時(shí)性要求苛刻、同時(shí)串口中斷未被使用的空間控制器軟件。

2推廣應(yīng)用

　　一般中控計(jì)算機(jī)與空間控制器軟件通過外部中斷來觸發(fā)通信。為了提高系統(tǒng)響應(yīng)速度，通常在未使用的中斷中處理相應(yīng)任務(wù)?？紤]到各處理器中斷資源相對緊張，同時(shí)部分中斷資源（如串口、軟中斷等）不用來通信的現(xiàn)狀［13］，可以在相關(guān)控制軟件中，利用未使用的中斷資源，滿足及時(shí)響應(yīng)通信任務(wù)的要求，節(jié)省定時(shí)器資源，更好地處理相關(guān)控制任務(wù)，提高軟件控制性能。

3結(jié)論

　　針對當(dāng)前空間控制器軟件任務(wù)現(xiàn)狀，本文中所述的通過串口中斷資源進(jìn)行任務(wù)調(diào)度的方案已經(jīng)應(yīng)用于多個(gè)型號的空間控制器軟件任務(wù)調(diào)度中。該方案充分利用CPU中斷資源，避免資源浪費(fèi)以及由此導(dǎo)致的功能較單一問題，為軟件處理更復(fù)雜任務(wù)調(diào)度及控制功能提供了資源，提高了軟件響應(yīng)速度和控制性能，便于拓展系統(tǒng)功能。

參考文獻(xiàn)

　　［1］ 顏軍.SPARC嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)［M］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

　　［2］ 寧改娣,楊拴科.DSP控制器原理及應(yīng)用［M］.北京:科學(xué)出版社，2002.

　　［3］ 胡乾斌，李光斌，李玲，等.單片微型計(jì)算機(jī)原理與應(yīng)用［M］.武漢:華中科技大學(xué)出版社,2005.

　　［4］ 張少展，張春梅.基于軟件規(guī)模的需求優(yōu)先級排序方法應(yīng)用［J］.微型機(jī)與應(yīng)用,2015,34(1):8184

　?。?］ 潘靈.RapidIO高性能通信中間件設(shè)計(jì)［J］.電子技術(shù)應(yīng)用,2014,40(12):107109.

　　［6］ 饒運(yùn)濤，鄒繼軍，鄭勇蕓.現(xiàn)場總線CAN 原理與應(yīng)用技術(shù)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

　?。?］ Data Device Corp. ACE/MiniACE Series BC/RT/MT advanced communication engine intergrated 1553 teminal user’s guide ［Z］. New York: Data Device Corp. 2005.

　?。?］ 康曉軍，王勁強(qiáng)，王蕓.基于擴(kuò)展塊的星載軟件控制流容錯(cuò)評價(jià)方法［J］.航天返回與遙感，2007，28（3）；3339.