嵌入式時(shí)鐘管理器

該時(shí)鐘管理器模塊(文件)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

(1)configclk.h定義了有關(guān)系統(tǒng)裁剪、配置的可調(diào)參數(shù)，通過(guò)對(duì)configclk.h中相關(guān)宏參數(shù)的配置，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該時(shí)鐘管理器系統(tǒng)的配置和裁剪。 (2)clk_impl.*功能模塊用來(lái)封裝目標(biāo)系統(tǒng)的一個(gè)硬件定時(shí)器，以屏蔽不同處理器間的硬件差異，起到hal(hardwareabstractlayer)作用。系統(tǒng)時(shí)鐘在此構(gòu)建。 (3)clk.*模塊在clk_impl.*提供的hal基礎(chǔ)上進(jìn)一步封裝，通過(guò)一個(gè)鉤子(hook)函數(shù)，為系統(tǒng)提供時(shí)鐘脈沖，且脈沖寬度可調(diào)(配置configclk.h中的相關(guān)宏參即可)。 (4)wdlib.*模塊為用戶應(yīng)用提供多個(gè)軟件定時(shí)器。

針對(duì)前述的嵌入式系統(tǒng)中的定時(shí)需求，利用定時(shí)器管理系統(tǒng)給出其實(shí)現(xiàn)代碼。 假定"特定操作"為void specfunc(void)，"特定時(shí)間段"長(zhǎng)度為10分鐘。 (1)在經(jīng)歷特定的時(shí)間段后，執(zhí)行特定操作。 #include ″clk.h″ #include ″wdlib.h″ void main(void ) { wdog_id wdid; constructclk();constructwdog(); wdid=wdcreate(); wdstart(wdid，10*one_minute，specfunc); while(1); } (2)以給定周期周期性地執(zhí)行特定操作。 基于前者，只需在void specfunc(void)函數(shù)體的最后加入下述代碼即可: wdstart(wdid，10*one_minute，specfunc); 注:該給定周期為10分鐘。 由于本時(shí)鐘管理器只需一個(gè)硬件定時(shí)器的支持，所以其具有廣泛的適用性。使用時(shí)，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的配置，即可為裸露的目標(biāo)系統(tǒng)加以簡(jiǎn)單的軟件抽象層。其友好的用戶接口有效降低了嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)難度，提高了目標(biāo)系統(tǒng)的可靠性。筆者已在實(shí)際項(xiàng)目中多次使用了該時(shí)鐘管理器?；谠摃r(shí)鐘管理器的目標(biāo)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，從而充分說(shuō)明該時(shí)鐘管理器設(shè)計(jì)的實(shí)用性和科學(xué)性。

(1)在經(jīng)歷特定的時(shí)間段后，執(zhí)行特定操作; (2)根據(jù)給定周期執(zhí)行特定操作。 傳統(tǒng)的作法是利用前后臺(tái)方式:設(shè)定硬件定時(shí)器，使其在后臺(tái)以特定周期對(duì)各相關(guān)操作的標(biāo)志變量作計(jì)數(shù)操作;前臺(tái)則不斷對(duì)各標(biāo)志變量巡回查詢，若發(fā)現(xiàn)標(biāo)志變量達(dá)到預(yù)定值，則執(zhí)行特定操作?？梢?jiàn)，上述需求需直接操作硬件定時(shí)器實(shí)現(xiàn)，其過(guò)程繁瑣，且需要用戶對(duì)相關(guān)硬件有深入了解。因此，設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)了一種使用方便的低端系統(tǒng)時(shí)鐘管理器。 時(shí)鐘管理器在實(shí)現(xiàn)中，將與硬件密切相關(guān)的部分組成一獨(dú)立模塊(文件)。針對(duì)不同的目標(biāo)系統(tǒng)處理器，更換該模塊即可。為使表述不過(guò)抽象，以8051系列單片機(jī)為目標(biāo)系統(tǒng)處理器、c51為工具語(yǔ)言闡述該嵌入式時(shí)鐘管理器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

硬件定時(shí)器的底層封裝 硬件定時(shí)器底層封裝在圖1所示的clk_impl.*中實(shí)現(xiàn)。其中定義了一個(gè)初始化接口函數(shù)和一個(gè)定時(shí)器中斷的isr(interrupt service routine)。令選用的硬件時(shí)鐘為定時(shí)器0(可在configclk.h中配置)。 (1)初始化接口函數(shù)void_clkinit(void){ } 用戶通過(guò)調(diào)用該接口函數(shù)，可周期性地執(zhí)行相應(yīng)的isr-clktick_isr，從而形成邏輯上的系統(tǒng)時(shí)鐘。另外，本接口函數(shù)不為用戶直接訪問(wèn)，而在上層模塊clk.*中被調(diào)用。 (2)定時(shí)器0的isr-clktick_isr void clktick_isr (void) interrupt 1 using reg_grp_for_ sys_clk{ } 其中:reg_grp_for_sys_clk為定義于configclk.h中的可調(diào)參數(shù)，用來(lái)設(shè)定本isr的工作寄存器組。 2.2 時(shí)鐘脈沖的提供 時(shí)鐘脈沖在圖1所示的clk.*中實(shí)現(xiàn)。 本文提供三個(gè)用戶接口函數(shù)和一個(gè)用戶可修改、但不可調(diào)用的鉤子函數(shù)(clktick_isr_hook僅能在clktick_isr中被調(diào)用)。其用戶接口聲明如下: extern void constructclk(void); extern void destructclk(void); extern uint8 getclkrate(void); 其中:constructclk用以構(gòu)建系統(tǒng)時(shí)鐘，要使用本文所述的時(shí)鐘管理器，需首先通過(guò)調(diào)用_clkinit(定義于clk_impl.*模塊)實(shí)現(xiàn)對(duì)本函數(shù)的調(diào)用;destructclk用以解析業(yè)已構(gòu)建的系統(tǒng)時(shí)鐘;getclkrate用以獲取系統(tǒng)當(dāng)前的時(shí)鐘節(jié)拍率(即定義于configclk.h中的宏sys_clk_rate的當(dāng)前值)。 clktick_isr_hook由系統(tǒng)聲明，用戶可修改其定義，其最終僅為系統(tǒng)作周期性調(diào)用。用戶可將自己需進(jìn)行的周期性操作放于其中，后面敘述的軟件定時(shí)器的"守護(hù)"例程(wddaemon)正是置于此處而被周期調(diào)用。由于置于其中的操作將在中斷執(zhí)行，所以這些操作應(yīng)盡可能簡(jiǎn)短、省時(shí)。 2.3 軟件定時(shí)器的提供 本功能在圖1所示的wdlib.*中實(shí)現(xiàn)。 其為用戶提供了可快速、便捷地實(shí)現(xiàn)用戶定時(shí)需求的接口函數(shù)和一個(gè)被周期性調(diào)用的定時(shí)器守護(hù)例程wddaemon。 extern void constructwdog(void);//為使用定時(shí)器系統(tǒng)作初始化操作 extern void destructwdog(void)//置定時(shí)器系統(tǒng)為初始態(tài) extern wdog_id wdcreate(void);//建立一個(gè)定時(shí)器，并返回其id extern status wdcancel(wdog_id wdid);//終止指定定時(shí)器并復(fù)位 extern status wddelete(wdog_id wdid);//刪除指定定時(shí)器 extern status wdstart(wdog_id wdid，uint16 ticks，voidfuncptr wdr);//啟動(dòng)指定定時(shí)器，它會(huì)在指定時(shí)間后觸發(fā)給定操作 其中:wdog_id為定時(shí)器id類(lèi)型，即uint8。傳送給wdstart的參數(shù)"uint16 ticks"指明定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)度，單位為系統(tǒng)時(shí)鐘節(jié)拍，1節(jié)拍=1/sys_clk_rate(s)。因該參數(shù)的類(lèi)型定為uint16，故定時(shí)器的最大定時(shí)長(zhǎng)度為216×(1/sys_clk_rate)，即216/sys_clk_rate(s)。 定時(shí)器的實(shí)現(xiàn)方案有靜態(tài)數(shù)組法和delta列表法兩種方法。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn):前者邏輯簡(jiǎn)單，rom用量小，但效率較低(與定時(shí)器數(shù)目相關(guān));后者邏輯復(fù)雜，rom用量大，但效率較高(與定時(shí)器數(shù)目無(wú)關(guān))。應(yīng)用中使用哪種方案，可在configclk.h中配置選擇。 2.3.1 靜態(tài)數(shù)組法 靜態(tài)數(shù)組法的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下: struct wdnode { bool flag;//標(biāo)明本結(jié)點(diǎn)是否已被使用 uint16 ticks;//用以定時(shí)的節(jié)拍數(shù) voidfuncptr rout;//定時(shí)到時(shí)需執(zhí)行的操作 } data wdlistmax_wdog_num_]; 其中:_max_wdog_num_指出了系統(tǒng)中允許的最大定時(shí)器數(shù)，其值決定于應(yīng)用需求及系統(tǒng)資源量，可在configclk.h中設(shè)定。一個(gè)定時(shí)器結(jié)點(diǎn)占用5b的ram空間。具有給定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的靜態(tài)數(shù)組是方案實(shí)施的基礎(chǔ)。 另外，該靜態(tài)數(shù)組作為軟件定時(shí)器的全局變量而存在，當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)定時(shí)器活動(dòng)時(shí)，它們都將訪問(wèn)該全局靜態(tài)數(shù)組。重要的是:它們的活動(dòng)是異步的，所以，對(duì)該靜態(tài)數(shù)組(臨界資源)的訪問(wèn)需作臨界保護(hù)。對(duì)于51系統(tǒng)，應(yīng)采用開(kāi)關(guān)中斷的方式實(shí)現(xiàn)，且應(yīng)確保不會(huì)影響關(guān)中斷前的中斷狀態(tài)。 (1)用戶接口定義 上述用戶接口皆基于該靜態(tài)數(shù)組進(jìn)行，限于篇幅，這里給出關(guān)鍵接口wdstart的定義。 status wdstart(wdog_id wdid，uint16 ticks， voidfuncptr wdr) { if(wdid<_max_wdog_num_) { if(wdlistdid].flag) {//判斷給定定時(shí)器id有效否 rtx_enter_critical();//進(jìn)入臨界區(qū) wdlistdid].ticks=ticks;//操作靜態(tài)數(shù)組中的特定定時(shí)結(jié)點(diǎn) wdlistdid].rout=wdr; rtx_exit_critical();//退出臨界區(qū) return ok;//定時(shí)器啟動(dòng)成功 } } return error;//給定定時(shí)器id無(wú)效 } 調(diào)用該接口函數(shù)，即可啟動(dòng)已創(chuàng)建(wdcreate)的軟件定時(shí)器。當(dāng)經(jīng)歷ticks節(jié)拍后，給定函數(shù)wdr將被執(zhí)行，以完成用戶的定時(shí)需求。 (2)定時(shí)器守護(hù)例程 定時(shí)器守護(hù)例程wddaemon被置于前述的鉤子函數(shù)clktick_isr_hook中，以使其周期性執(zhí)行。由于本例程自身的特點(diǎn)，它應(yīng)作為clktick_isr_hook的最后一個(gè)調(diào)用函數(shù)。本例程是軟件定時(shí)器實(shí)現(xiàn)的核心，而其關(guān)鍵又是對(duì)系統(tǒng)棧的調(diào)整，為說(shuō)明其實(shí)現(xiàn)流程，給出了如圖2所示的wddaemon的棧(stack)結(jié)構(gòu)。 由圖2可知:wddaemon的返回地址沒(méi)有入棧，因其為clktick_isr_hook中的最后一個(gè)函數(shù)調(diào)用，故其返回地址被優(yōu)化掉。wddaemon將棧頂?shù)?b數(shù)據(jù)上移2b，然后將定時(shí)器指定函數(shù)的地址插入騰出的?？臻g(2b)中。如此，該地址將會(huì)被iret彈入ip中。由于iret指令的執(zhí)行而使中斷系統(tǒng)復(fù)位以重新響應(yīng)外部中斷，同時(shí)也使定時(shí)器指定函數(shù)在非中斷態(tài)執(zhí)行，從而不過(guò)分影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度。 2.3.2 delta列表法 delta列表法僅維護(hù)有效定時(shí)器的鏈表，且鏈表中的定時(shí)器結(jié)點(diǎn)按定時(shí)剩余時(shí)間由小到大排列，使距timeout點(diǎn)最近的定時(shí)器作為鏈表的首結(jié)點(diǎn)。鏈表中定時(shí)器結(jié)點(diǎn)的順序由其獨(dú)特的結(jié)點(diǎn)插入算法決定:如有5個(gè)定時(shí)器，其定時(shí)長(zhǎng)度分別為10、14、21、32和39，當(dāng)其組成delta列表時(shí)，定時(shí)值最小的結(jié)點(diǎn)為首結(jié)點(diǎn)，其定時(shí)存儲(chǔ)值為10，而后依序排列，其定時(shí)存儲(chǔ)值分別為4、7、11、7，即后一個(gè)定時(shí)器的定時(shí)存儲(chǔ)值由自己的實(shí)際定時(shí)值與相鄰的前一個(gè)定時(shí)器的實(shí)際定時(shí)值相減而得?？梢?jiàn)，除首結(jié)點(diǎn)外的所有定時(shí)器的計(jì)數(shù)操作在其插入delta列表時(shí)就已完成。因而當(dāng)定時(shí)器守護(hù)例程確定timeout的定時(shí)器時(shí)，只需對(duì)首結(jié)點(diǎn)進(jìn)行減1或刪除的操作，而不需遍歷整個(gè)列表，從而使delta列表的操作與定時(shí)器數(shù)量無(wú)關(guān)。這使delta列表法在大量定時(shí)器管理中大顯其能。 該法在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為一靜態(tài)雙向鏈表: struct wdnode { bool flag; uint16 ticks; voidfuncptr rout; uint8 prior; uint8 next; } idata wdlistmax_wdog_num_]; uint8 headidx; //索引首結(jié)點(diǎn) 有了delta列表法的思路及其實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在靜態(tài)數(shù)組法具體實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，便可得此法的具體實(shí)現(xiàn)。 應(yīng)用中如果目標(biāo)系統(tǒng)rom較小，且系統(tǒng)中啟用的定時(shí)器少，則用靜態(tài)數(shù)組法;若目標(biāo)系統(tǒng)rom較大，且系統(tǒng)中用到的定時(shí)器較多，則用delta列表法。

嵌入式相關(guān)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ):

Embedded Control Channel:嵌入式控制通道

Embedded Document Architecture:嵌入式文件架構(gòu)

Embedded Linking and Control:嵌入式鏈路及控制

Embedded Micro Internetworking Technology:嵌入式微型互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

Embedded System Area Network:嵌入式系統(tǒng)域網(wǎng)

Embedded System Conference:嵌入式系統(tǒng)會(huì)議

Novell Embedded Systems Technology Novell:嵌入式系統(tǒng)技術(shù)

Rapid Object-Oriented Process for Embedded Systems:嵌入式快速面向?qū)ο筮^(guò)程

embedded Java:嵌入式Java

embedded Web server:嵌入式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器

embedded controller:嵌入式控制器

embedded servo system:嵌入式伺服系統(tǒng)

embedded software:嵌入式軟件

embedded test:嵌入式測(cè)試

controller, embedded:嵌入式控制器

Java embedded server Java:嵌入式Java服務(wù)器

嵌入式系統(tǒng)(Embedded System)--"嵌入到特定設(shè)備中的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

一、定義:

嵌入式系統(tǒng)是一種"完全嵌入到受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)"。

嵌入式系統(tǒng)是相對(duì)桌面系統(tǒng)來(lái)講的，凡是帶有微處理器的專(zhuān)用軟硬件系統(tǒng)都可以稱為嵌入式系統(tǒng)。作為系統(tǒng)核心的微處理器又包括三類(lèi):微控制器(MCU)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、嵌入式微處理器(MPU)。嵌入式比較準(zhǔn)確一個(gè)定義如下:系統(tǒng)以應(yīng)用為中心、以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟件硬件可裁剪、適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗嚴(yán)格要求的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

二、說(shuō)明:

受控器件:

1.消費(fèi)電子:mp3、手機(jī)、電梯、汽車(chē)...

2.智能家電:數(shù)字電視、微波爐、數(shù)碼相機(jī)、空調(diào)...

3.網(wǎng)絡(luò)設(shè)備:交換機(jī)、路由器...

4.醫(yī)療儀器:..各種醫(yī)療器械...

5.航天設(shè)備:衛(wèi)星、航天飛機(jī)、月球探測(cè)儀...

6.工業(yè)控制:控制主機(jī)，智能監(jiān)控...

計(jì)算機(jī)系統(tǒng):包括硬件和軟件系統(tǒng)、且軟、硬件均可裁剪,但必須有最小系統(tǒng)要求。

嵌入式就業(yè)發(fā)展空間相對(duì)較大。嵌入式系統(tǒng)是當(dāng)前最熱門(mén)、最具發(fā)展前途的IT應(yīng)用領(lǐng)域之一。包括手機(jī)、電子字典、可視電話、數(shù)字相機(jī)(DC)、數(shù)字?jǐn)z像機(jī)(DV)、U-Disk、機(jī)頂盒(Set Top Box)、高清電視(HDTV)、游戲機(jī)、智能玩具、交換機(jī)、路由器、數(shù)控設(shè)備或儀表、汽車(chē)電子、家電控制系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、航天航空設(shè)備等都是典型的嵌入式系統(tǒng)。因此，通過(guò)嵌入式培訓(xùn)成為專(zhuān)業(yè)的嵌入式技術(shù)人才，其職業(yè)發(fā)展空間較大。