PIC24 tnkernel:ref:sys

TNKernel : Системные сервисы

2008-07-21T01:49:40+03:00

TNKernel : Системные сервисы

Введение

Системные сервисы не относятся напрямую к каким-либо объектом RTOS, они позволяют управлять системой в целом или получать текущие параметры системы. К системным сервисам относятся функция запуска tn_start_system(), функция управления карусельным планированием tn_sys_tslice_ticks(), функция обработчика системного таймера tn_tick_int_processing(), функции реализации критической секции tn_sys_enter_critical() и tn_sys_exit_critical(), функции обслуживания системного времени tn_sys_time_set() и tn_sys_time_get().

Запуск системы

Функция запуска системы tn_start_system() обеспечивает инициализацию всех внутренних структур RTOS, создание двух системных задач и первое переключение контекста на системную задачу таймера. Фукция tn_start_system() вызывается только один раз и является функцией без возврата.

В порте TNKernel для контроллеров PIC24/dsPIC в функцию передается несколько параметров, позволяющих более гибко настроить систему (выбрать размеры стеков системных задач и т.п.). В оригинальной версии функция запуска параметров не имеет.

Диаграма запуска TNKernel изображена на рисунке:

Сервис запуска tn_start_system() как правило вызывается из функции main().

Системные прерывания должны быть запрещены до момента вызова tn_start_system().

Функция tn_start_system() создает две системные задачи tn_idle_task() и tn_timer_task() и запускает задачу tn_timer_task(), которая при старте последовательно вызывает две callback-функции - appl_init_callback() и cpu_interrupt_enbl_callback(). Указатели на эти функции передаются в систему в вызове tn_start_system().

Функция appl_init_callback() служит для инициализации системного таймера, периферийных модулей, создания необходимых задач. В функции cpu_interrupt_enbl_callback() разрешается прерывание от системного таймера и после выхода из нее система начинает нормальное функционирование.

Системный таймер

Для того чтобы реализовать функции ожидания или таймауты, в системе должен присутствовать таймер, доступный планировщику. Назовем такой таймер системным таймером. Как правило, период таймера постоянен на всем протяжении работы и это период называется системным тиком. Системный тик - это минимальная единица времени доступная планировщику. Все времена, таймауты указываются именно в системных тиках а не в абсолютных единицах времени.

Обычно системный таймер реализуется на основании одного из аппаратных таймеров микроконтроллера, или таймера, являющегося частью ядра. В обработчике прерывания от этого таймера необходимо вызвать функцию tn_tick_int_processing(), которая и обеспечивает "ход" системного времени.

Функция tn_tick_int_processing() должна вызываться только в обработчике прерывания.

Управление Round-Robin

Round-Robin или карусельное планирование - это принцип переключения задач с одинаковым приоритетом при котором каждой задаче выделяется определенный квант времени (с дискретностью один системный тик). После того как задача отработает свой квант, планировщик запускает следующую в очереди готовых к выполнению задачу.

В TNKernel включен сервис tn_sys_tslice_ticks(), позволяющий настраивать длительность кванта выполнения для каждого приоритета или отключать карусельное планирование.

Карусельное планирование отключено по умолчанию для всех приоритетов.

Запрещение переключения контекста

Критическая секция это часть задачи, в которой осуществляется доступ к разделяемому ресурсу. Если один и тот же ресурс (например, глобальную переменную) используют две или более задач, критические секции называют конкурирующими. В этом случае необходимо защитить критическую секцию таким образом, чтобы доступ к ресурсу являлся атомарным.

Один из способов защиты критической секции - это использование мютекса. Однако часто мютекс является избыточным объектом для реализации критической секции и в этом случае используют парные функции запрещения и разрешения переключения контекста.

В TNKernel для PIC24/dsPIC переключение контекста запрещает функция tn_sys_enter_critical() и разрешает функция tn_sys_exit_critical().

Вызов функций tn_sys_enter_critical() и tn_sys_exit_critical() может быть несимметричным и вложенным. Например, допустимо следующее:

void foo (void)
{
    tn_sys_enter_critical();
    /* ... */
}
 
void TN_TASK task_1 (void *param)
{
    for (;;)
    {
        /* ... */
 
        tn_sys_enter_critical();
        foo();
        tn_sys_exit_critical();
 
        /* ... */
    }
}

Однако рекомендуется использовать симметричный вызов функций запрещения и разрешения планирования, так как обратное может привести к логическим ошибкам.

Запрещение переключения контекста не приветствуется, это является вмешательством в работу планировщика. Однако функции tn_sys_enter_critical() и tn_sys_exit_critical() могут быть полезны для выполнения относительно быстрых операций, для которых использование мютекса слишком избыточно. Примером такой операции может служить вывод в порт контроллера.

Системное время

Под системным временем подразумевается беззнаковая целая переменная, инкрементируемая каждый системный тик. Значение переменной может быть получено путем вызова функции tn_sys_time_get() и установлено с помощью вызова tn_sys_time_set().

Системное время можно использовать для подсчета времени выполнения какого-либо действия (с точностью плюс-минус системный тик) или для "подстройки" периода "вызова" задач.

Допустим в системе присутствует задача, период "вызова" которой должен быть строго постоянным. Обычно такое поведение реализуется следующим образом.

void TN_TASK task_1 (void *param)
{
    for (;;)
    {
        foo();
        tn_task_sleep(FOO_PERIOD);
    }
}

Возможна ситуация, когда длительность выполнения функции foo() может превышать системный тик - в этом случае периодичность нарушается. Способов решения такой проблемы несколько - например, дополнительная задача, освобождающая семафор с фиксированным периодом или использование объекта типа "таймер". Однако первое ведет к дополнительной трате ресурсов, а второе в TNKernel пока не реализовано.

Используя системное время проблему можно решить следующим образом:

void TN_TASK task_1 (void *param)
{
    TN_SYS_TIM_T t;
 
    for (;;)
    {
        t = tn_sys_time_get();
        foo();
        t = tn_sys_time_get() - t;
 
        if (t < FOO_PERIOD)
            tn_task_sleep(FOO_PERIOD - t);
        else
            tn_task_sleep(1);
    }
}

Системные сервисы

TNKernel имеет следующий набор системных сервисов:

Сервис	Описание	Свойства
Основные сервисы
tn_start_system()	Запуск системы	до начала работы системы
tn_tick_int_processing()	Обслуживание системного таймера
tn_sys_tslice_ticks()	Управление round-robin планированием
tn_sys_context_get()	Получение текущего контекста системы
Запрещение переключения контекста
tn_sys_enter_critical()	Вход в критическую секцию
tn_sys_exit_critical()	Выход из критической секции
Системное время
tn_sys_time_get()	Получение системного времени
tn_sys_time_set()	Установка системного времени

tn_start_system()

2008-04-21T15:38:09+03:00

tn_start_system()

Функция предназначена для запуска системы. В функции создаются две системные задачи - задача таймера (timer) и задача простоя (idle), затем производится переключение контекста на задачу таймера. Возврат из функции не производится.

Вызов:

void tn_start_system (TN_UWORD *timer_task_stack,
                      TN_UWORD timer_task_stack_size,
                      TN_UWORD *idle_task_stack,
                      TN_UWORD idle_task_stack_size,
                      void     (*app_in_cb)(void),
                      void     (*cpu_int_en)(void),
                      void     (*idle_user_cb)(void)
                     );

Разрешен вызов:

Один раз в функции main()

Параметры функции:

timer_task_stack: указатель на стек задачи системного таймера
timer_task_stack_size: размер стека задачи системного таймера
idle_task_stack: указатель на стек системной задачи простоя
idle_task_stack_size: размер стека системной задачи простоя
app_in_cb: указатель на функцию инициализации приложения. Функция вызывается один раз при старте системы
cpu_int_en: указатель на функцию конфигурации и разрешения прерываний. Функция вызывается один раз при старте системы после вызова функции app_in_cb
idle_user_cb: указатель на функцию, которая периодически вызывается из системной задачи простоя

Возвращаемые значения:

нет

Пример вызова:

#define TMR_TASK_STACK_SIZE   128
#define IDL_TASK_STACK_SIZE    64
 
TN_UWORD stk_tmr_task[TMR_TASK_STACK_SIZE];
TN_UWORD stk_idl_task[IDL_TASK_STACK_SIZE];
 
void Appl_Init (void)
{
    /* инициализация приложения */
    /* инициализация системного таймера */
    /* создание пользовательских задач */
}
 
void Int_Init (void)
{
    /* разрешение прерывания от системного таймера */
    /* разрешение других прерываний */
}
 
void IDLE_func (void)
{
    /* */
}
 
int main (void)
{
    tn_start_system (stk_tmr_task,
                     TMR_TASK_STACK_SIZE,
                     stk_idl_task,
                     IDL_TASK_STACK_SIZE,
                     Appl_Init,
                     Int_Init,
                     IDLE_func
                    );
    return (0);
}

К списку сервисов

tn_sys_context_get()

2008-06-20T14:01:33+03:00

tn_sys_context_get()

Функция возвращает текущий контекст системы. Сервис можно использовать для проверки текущего контекста в функции, которая может вызываться как из контекста задачи, так и из пользовательского прерывания.

Вызов:

TN_CONTEXT tn_sys_context_get (void);

Разрешен вызов:

В контексте задачи, в прерывании, в пользовательской критической секции

Параметры функции:

нет

Возвращаемые значения:

TN_CONTEXT_TASK: Контекст задачи
TN_CONTEXT_SYS_INT: Системное прерывание
TN_CONTEXT_CRITICAL: Пользовательская критическая секция

Пример вызова:

void foo (void)
{
    TN_CONTEXT context;
 
    context = tn_sys_context_get();
    if (context == TN_CONTEXT_TASK)
    {
        tn_sem_signal(&sem);
    }
    else if (context == TN_CONTEXT_SYS_INT)
    {
        tn_sem_isignal(&sem);
    }
}

К списку сервисов

tn_sys_enter_critical()

2008-04-22T00:03:38+03:00

tn_sys_enter_critical()

Вызов функции запрещает переключение контекста (в том числе и системные прерывания) до тех пор, пока не будет вызвана парная функция tn_sys_exit_critical().

Вызов:

void tn_sys_enter_critical (void);

Разрешен вызов:

В контексте задачи

Параметры функции:

нет

Возвращаемые значения:

нет

Пример вызова:

long long Global_Variable;
 
void TN_TASK Task_1 (void *param)
{
    for (;;)
    {
        tn_sys_enter_critical();
        Global_Variable = 1255456;
        tn_sys_exit_critical();
    }
}
 
void TN_TASK Task_2 (void *param)
{
    long long tmp;
 
    for (;;)
    {
        tn_sem_acquire(&sem_rc, TN_WAIT_INFINITE);
 
        tn_sys_enter_critical();
        tmp = Global_Variable;
        tn_sys_exit_critical();
 
        if (tmp)
            tn_sem_signal(&sem_tr);
    }
}

К списку сервисов

tn_sys_exit_critical()

2008-04-22T00:06:07+03:00

tn_sys_exit_critical()

Вызов функции разрешает переключение контекста и системные прерывания после вызова парной функции tn_sys_enter_critical().

Вызов:

void tn_sys_exit_critical (void);

Разрешен вызов:

В контексте задачи

Параметры функции:

нет

Возвращаемые значения:

нет

Пример вызова:

long long Global_Variable;
 
void TN_TASK Task_1 (void *param)
{
    for (;;)
    {
        tn_sys_enter_critical();
        Global_Variable = 1255456;
        tn_sys_exit_critical();
    }
}
 
void TN_TASK Task_2 (void *param)
{
    long long tmp;
 
    for (;;)
    {
        tn_sem_acquire(&sem_rc, TN_WAIT_INFINITE);
 
        tn_sys_enter_critical();
        tmp = Global_Variable;
        tn_sys_exit_critical();
 
        if (tmp)
            tn_sem_signal(&sem_tr);
    }
}

К списку сервисов

tn_sys_time_get()

2008-04-22T00:15:53+03:00

tn_sys_time_get()

Функция возвращает значение системных часов - 32-битной беззнаковой переменной, инкрементируемой каждый системный тик.

Вызов:

TN_SYS_TIM_T tn_sys_time_get (void);

Разрешен вызов:

В контексте задачи, в системном прерывании

Параметры функции:

нет

Возвращаемые значения:

TN_SYS_TIM_T: значение системных часов в системных тиках

Пример вызова:

void TN_TASK Task (void *param)
{
    TN_SYS_TIM_T sys_time;
 
    for (;;)
    {
        sys_time = tn_sys_time_get();
        foo();
        sys_time = tn_sys_time_get() - sys_time;
 
        if (sys_time < TASK_CALL_PERIOD)
            tn_task_sleep(TASK_CALL_PERIOD - sys_time);
        else
            tn_task_sleep(1);
    }
}

К списку сервисов

tn_sys_time_set()

2008-04-22T00:15:04+03:00

tn_sys_time_set()

Функция устанавливает системные часы - 32-битной беззнаковую переменную, инкрементируемую каждый системный тик.

Вызов:

void tn_sys_time_get (TN_SYS_TIM_T value);

Разрешен вызов:

В контексте задачи, в системном прерывании

Параметры функции:

value: величина присваиваемая системным часам (в системных тиках)

Возвращаемые значения:

нет

Пример вызова:

void TN_TASK Task (void *param)
{
    TN_SYS_TIM_T sys_time;
 
    for (;;)
    {
        tn_sys_time_set(0);
        foo();
        sys_time = tn_sys_time_get();
 
        if (sys_time < TASK_CALL_PERIOD)
            tn_task_sleep(TASK_CALL_PERIOD - sys_time);
        else
            tn_task_sleep(1);
    }
}

К списку сервисов

tn_sys_tslice_ticks()

2008-07-21T00:54:39+03:00

tn_sys_tslice_ticks()

Функция устанавливает период переключения задач по карусельному методу (round-robin) для выбранного приоритета. Возможна установка индивидуального периода переключения для каждого приоритета.

Вызов:

TN_RETVAL tn_sys_tslice_ticks (TN_UWORD priority, TN_UWORD value);

Разрешен вызов:

В контексте задачи

Параметры функции:

priority: приоритет задач для которого устанавливается период переключения по методу round-robin. priority ⊆ [1 … (TN_NUM_PRIORITY - 2)]
value: величина кванта времени, выделяемого каждой задаче (период переключения) в системных тиках. value ⊆ [NO_TIME_SLICE … MAX_TIME_SLICE], где NO_TIME_SLICE = 0, а MAX_TIME_SLICE = (UINT_MAX - 1). Если value = NO_TIME_SLICE, карусельное планирование для задач с приоритетом priority не осуществляется.

Возвращаемые значения:

TERR_WRONG_PARAM: некорректное значение параметра ¹⁾
TERR_WCONTEXT: попытка вызова функции в прерывании или в пользовательской критической секции
TERR_NO_ERR: успешное выполнение

Пример вызова:

/* установка round-robin кванта равного 10 системных тиков
   для задач с приоритетом равным 10
*/
tn_sys_tslice_ticks(10, 10);
 
/* запрещение карусельного планирования для задач с
   приоритетом равным 10
*/
tn_sys_tslice_ticks(10, NO_TIME_SLICE);

К списку сервисов

¹⁾ данный код возврата возможен только в случае использования сервисов с проверкой параметров

tn_tick_int_processing()

2009-05-04T01:20:14+03:00

tn_tick_int_processing()

Функция предназначена для обслуживания системного таймера. Вызов функции должен производиться строго в прерывании. Как правило это прерывание от некого периодического источника - таймера ядра или периферийного таймера.

Вызов:

void tn_tick_int_processing (void);

Разрешен вызов:

В прерывании

Параметры функции:

нет

Возвращаемые значения:

нет

Пример вызова:

tn_sys_interrupt (_T2Interrupt)        /* прерывание от таймера TMR2 */
{
    IFS0bits.T2IF = 0;                 /* сброс флага прерывания */
    tn_tick_int_processing();
}

К списку сервисов