基于M D K RTX的COrtex—M3多任务应用设计

　　RL—RTX选择Cortex上定时器1产生周期性中断，相邻中断之间的时间就是时间片的长度。在其中断服务程序中进行任务调度，并判断执行了延迟函数的任务的延时时间是否到。这种周期性的中断形成了RL—RTX的时钟节拍。采用Cortex—M3的处理器STM32F103VB的CPU时钟频率为72 MHz，VPBDIV分频值为4，输出的时钟频率为18 MHz。系统推荐的时间片为1～lOO ms。

　　使用RL—RTX，包含以下几个步骤：

　　第1步，由于RL—RTX集成在MDK开发套件中，在使用MDK创建工程后，需要在工程中添加RTX内核选项。选择Project→Options for Target，在Operating下拉框中选择RTX内核，使得在编译时把RL—RTX所需的库编译进去。

　　第2步，在嵌入式应用程序的开发中使用RL—RTX内核，须对其进行配置。复制＼Keil＼ARM＼Startup目录下RTX_Config．c文件到工程文件夹并添加到工程中。该文件中，部分配置参数说明如表3所列。

　　基于Cortex—M3平台的超温报警器，可以设计3个任务并发，分别进行数据采集、数据处理和数据显示。3个任务较小，系统安排的任务栈足够使用，栈的容量以32位无符号整型定义，容量为64字。选择硬件平台片上定时器1。

　　DSl8820具有300 ms的更新速率，在采集数据过程中，通过多次采集取平均值，数据采集任务执行的时间为30 ms，数据处理任务执行时间为40 ms，数据显示任务执行时间为20 ms。根据公式，对响应时间的要求：t(响应时间)=N(进程数目)×q(时间片)。总体响应时间为90 ms，进程数目为3，因此时间片设置为30 ms合适。在任务OS_IDLE_DEMON()中添加休眠代码，空闲时系统休眠，降低功耗。

　　第3步，复制＼Keil＼ARM＼Startup下Retarget．c文件到工程文件夹中，并添加到工程中。

　　修改文件，使其包含如下内容：

　　该文件的目的是避免半主机方式软件中断，因为这时所有中断都由RL—RTX统一管理。半主机是用于ARM目标的一种机制，可将来自应用程序代码的输入／输出请求传送至运行调试器的主机。它由一组已定义的SWI操作来实现。库函数调用相应的SWI(软件中断)，然后调试代理程序处理SWI异常，并提供所需的与主机之间的通信。

　　4 应用设计

　　4．1多任务应用设计

　　根据图1所示的最小系统框图，采用由表及里(out—side-in approach)分解应用的方法设计多任务。该应用的上下文框图如图3所示，中间的圈表示软件应用，矩形框表示应用的输入和输出设备。箭头标有具体含义名，表示输入和输出通信的流程。

　　根据上下文框图以及避免“资源冲突”原则，将对同一个外设的访问放在同一个设备中，无论何时切换任务，都不会对任何独立的“外设”造成影响。

　　将应用分解为4个任务，RL—RTX的第一个任务必须是系统任务Init Task，该任务用来初始化其他3个任务，任务创建完毕后，3个任务都处于READY状态；第2个任务t_phase_ADC Task用来读取A／D采样的数据；第3个任务t_phase_DEA Task用来处理采样的数据；第4个任务t_phase_DIS Task用来将数据送到LCD液晶屏上，显示、控制LED灯闪烁和蜂鸣器高频报警。图4显示了任务触发的流程。

　　定义任务：

　　使用os_tsk_create创建任务t_phase_ADC、t_phase_DEA、t_phase_DIS。

　　os_tsk_delete_self删除自身任务，实现任务切换。任务的创建和初始化是在主函数中定义的：

　　任务初始化完毕后，3个任务都处于就绪状态。t_phase_ADC任务用来采样，多次采样取平均值，通过给任务t_phase_DEA发信号signal_func(t_phase_DEA)，唤醒t_phase_DEA任务。

　　os_evt_wait_and进行控制。该任务判断采样的数据是否在警戒温度范围内，如果出现温度异常，置标志位为1。执行完自身任务后，通过signal_func(t_phase_DIS)，将唤醒t_phase_DIS任务。

　　t_phase_DIS任务用来在LCD液晶屏上显示温度值。如果发现标志位为1，则LED灯闪烁和蜂鸣器高频报警。

　　4．2 应用设计测试

　　采用基本RMA可调度性测试。式1用来完成系统的基本RMA可调度性测试。

　　这里：Ci为与周期性任务i相关的最坏执行时间，Ti为与任务i相关的周期，n为任务的个数。

　　U(n)是利用系数，式1的右边是理论处理器利用率的上界。如果给定一组任务，其处理器利用率小于理论利用率上界，则这组任务是可调度的。U的值随n的增加而下降；当n的值为无限时，最终收敛于69％。

　　表4总结了使用RMA进行调度的3个任务的特性。

　　使用式1，该应用设计处理器利用率计算如下：

　　应用设计总的利用率是27．42％，低于78％的理论边界。此4个任务的系统是可调度的，该应用设计是成功的。

　　结 语

　　本文描述了如何在Cortex—M3上使用MDKRL—RTX的方法，并给出了一个简单的多任务应用设计。可以看出多任务的程序设计被大大简化了，它不但满足多个任务的时间要求，降低了开发难度，而且程序的可读性和可维护性也有了很大的提高。利用MDK RL—RTX构建的嵌入式工业控制系统具有成本低、性能高等特点，应用广泛，有着良好的发展前景。