張新玉,，李愷，張鳳

　?。ū本┛臻g機電研究所,，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)缺點進行了對比分析。結(jié)合工程實踐,，采用外中斷串口中斷查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度模式,，處理多個型號軟件任務(wù)調(diào)度，充分利用軟件資源,，合理優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu),，大大提高了整個軟件的響應(yīng)及時性和資源利用率。

　　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算機指令,，優(yōu)化軟件資源與調(diào)度，提高軟件對任務(wù)響應(yīng)的及時性和工作效率［5］,。

1空間控制器軟件任務(wù)調(diào)度

　　中控計算機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算機發(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)查詢能夠及時處理任務(wù)或中控計算機對任務(wù)響應(yīng)及時性要求不高的情形。

　　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,。在收到中控計算機數(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算機數(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)的中控計算機數(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,，完成中控計算機數(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算機數(shù)據(jù),。具體操作流程如圖1所示,。

　　1.2外中斷-定時器中斷查詢?nèi)蝿?wù)調(diào)度

　　外中斷-定時器中斷查詢?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，啟動定時器計時計數(shù),，再退出外中斷程序,。定時時間到，進入定時器中斷程序,，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)的中控計算機數(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,，退出定時器中斷程序,，完成中控計算機數(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算機數(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現(xiàn)定時器中斷功能,，完成中控計算機數(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算機數(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,，軟件在運行過程中,，觸發(fā)外中斷，接收中控計算機發(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機不確定，從而進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響應(yīng)外中斷程序，中間可能會有一定的時間間隔,。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，由于整個軟件架構(gòu)中中斷資源使用較少,，因此對于整個軟件來說,，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)查詢能夠及時響應(yīng)任務(wù)處理或中控計算機對任務(wù)響應(yīng)及時性要求不高,、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，啟動定時器,，退出外中斷后,，定時時間到，進入定時器中斷,，處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息,。退出定時器中斷后，軟件繼續(xù)執(zhí)行主程序循環(huán),，等待新的中控計算機數(shù)據(jù)信息觸發(fā)中斷,，執(zhí)行相應(yīng)操作。由于定時時間與外中斷執(zhí)行時間不能完全匹配,，因此軟件可能在退出外中斷后立即進入定時器中斷程圖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)度模式時序

　　序,，也可能中間插入了一段主程序，等定時時間到后,，進入定時器中斷程序,，具體時序關(guān)系如圖5所示。

　　在該模式下,，需占用一個定時器資源,，由于該定時器主要用來響應(yīng)外中斷中的中控計算機數(shù)據(jù)信息,，為了減少外中斷數(shù)據(jù)信息的處理時間，提高對外中斷的響應(yīng)速度,，若設(shè)定的定時器計時時間較長,，則會導(dǎo)致退出外中斷后，定時器定時未到,，軟件無法及時進入定時器中斷,；若設(shè)置較短的定時周期，使得退出外中斷后及時進入定時器中斷,，則其定時周期受高級中斷影響更加不確定,，導(dǎo)致定時器定時不準(zhǔn)。因此該定時器不再復(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,，另外獨占一個定時器,，會增加其他定時器的任務(wù)量，導(dǎo)致定時器中斷處理程序復(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)及時性要求較高、外部中斷資源全部被占用或定時器資源充足,、同時中控計算機對軟件響應(yīng)的實時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),，等待新的中控計算機數(shù)據(jù)信息觸發(fā)中斷，執(zhí)行相應(yīng)操作,。具體時序關(guān)系如圖6所示,。　

　　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)時機不確定的現(xiàn)象,，也不存在外中斷定時器中斷任務(wù)調(diào)度模式中可能出現(xiàn)的資源浪費現(xiàn)象，整個系統(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,，可以釋放一個定時器資源,，通過合理優(yōu)化，實現(xiàn)更多更復(fù)雜的定時功能,，提高整個軟件的執(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,、定時要求多、響應(yīng)實時性要求苛刻,、同時串口中斷未被使用的空間控制器軟件,。

2推廣應(yīng)用

　　一般中控計算機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),。考慮到各處理器中斷資源相對緊張,，同時部分中斷資源（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,，滿足及時響應(yīng)通信任務(wù)的要求，節(jié)省定時器資源,，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行任務(wù)調(diào)度的方案已經(jīng)應(yīng)用于多個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,。

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