优先级周期性互换的实时多任务调度方法研究.docx

硕士学位论文
优先级周期性互换的实时
多任务调度方法研究
优先级周期性互换的实时多任务调度方法研究
摘要
近年来,随着数字化和智能化程度的提高,微处理器被引进到电子领域的各个行业。一般来讲,凡是带有微处理器的电子系统,都可以统称为嵌入式系统。由于一个系统中集成的功能越来越多,因而需要微处理器处理的任务也随之增加。这就引进了单个微处理器对多任务的调度问题。
目前,针对多任务调度的问题已经有很多成熟的算法。在实时操作系统中,都有多个实时任务需要系统调度。不同的任务都有不同的优先级与之对应,以满足各个任务的实时性要求。实时操作系统中所有的实时任务的调度都是基于抢占式优先级驱动的。高优先级任务可以随时剥夺低优先级任务的执行时间,以满足高优先级严格的时限要求。优先级的高低使得各任务的执行时间有很大区别,高优先级任务的执行时间都很短,而低优先级任务的执行时间就比较长,特别是在抢占式优先级调度算法中更为严重。对于低优先级任务在执行过程中出现的大范围延迟问题,在所有实时系统中都是常见的。如何解决该问题,是本文重点研究的对象。
本文在研究和分析当前常用多任务调度算法后,提出优先级周期性互换调度算法。该算法的原理来源于非实时系统中时间片轮转调度算法。解决问题的方法是将低优先级任务和满足条件的高优先级任务的优先级进行周期性的互换,让低优先级任务也能在一个时间段中及时地执行。对于优先级周期性互换任务调度算法的验证,本文选用Ptolemy II仿真软件进行验证。并模拟实际控制系统,通过调度三个PID控制器对三个被控对象的控制,绘制出各任务的响应曲线以验证优先级周期性互换调度算法的合理性和优势。
目录
摘要 I
Abstract III
第一章绪论 1
1引言 1
1
5
7
7
第二章嵌入式实时系统任务调度机制 9
9
9
11
12
13
13
14
15
15
18
18
第三章基于角色的Ptolemy II实时仿真平台研究 21
Ptolemy II域的研究分析 21
22
23
24
25
(actor)分析介绍 28
Ptolemy II使用简介 31
第四章优先级周期性互换调度算法的验证 37
37
37
II软件仿真 38
优先级周期性互换任务调度算法应用级仿真 41
44
第五章总结与展望 47
总结 47
进一步的研究 48
致谢 51
参考文献 53
附录A(攻读硕士期间发表的论文) 57
第一章绪论
1引言
随着信息时代发展和进步,特别是进入二十世纪以来,大量的电子产品纷纷涌现出来,充斥在每个人生活的方方面面。目前这些电子产品与过去有个明显的区别就是有内嵌微处理器,也就是常说的嵌入式系统。嵌入式系统给人们生活带来了很大的方便,小到手机、智能电视、机顶盒等,大到汽车、飞机、火车、导弹、火箭等等,都嵌入了微处理器来实现智能控制或者调节。
在以上列举出来的系统中像手机、智能电视、机顶盒之类的嵌入式系统,它们在使用过程中,对于任务触发的响应没有严格的时限要求,因而它们们属于嵌入式非实时系统;而对于导弹、火箭之类的嵌入式系统就对于任务触发的响应有严格的时限要求,它们则属于嵌入式实时系统。
例如在汽车的安全气囊防护系统[1] (Supplemental Inflatable Restraint System,简称SRS)。当车速50公里/时进行正面撞车时,其发生时间只有十分之一秒左右。由于作用时间太短,它对嵌入式实时系统的实时性要求就更为明显。据计算,,,,,,此刻之后,驾车者才会撞上气囊。由此例可见,“”就是嵌入式实时系统对任务触发时的响应时间;“”就是该任务的执行时间。这两个任务