μC／OS-II实时性能测试与研究_瑞达电器资料网,华玉生活

实时性是指系统能够在限定的时间内完成任务并对外部的异步事件作出及时响应。在大多数工业控制中，对实时性的要求非常高。

实时操作系统是能够满足实时系统中实时任务的处理响应时间要求的操作系统。实时操作系统是事件驱动(event-driven)的，能对来自外界的作用和信号在限定的时间范围内作出响应。它强调的是实时性、可靠性和灵活性，与实时应用软件相结合成为有机的整体，起着核心作用；由它来管理和协调各项工作，为应用软件提供良好的运行软件环境及开发环境。在多任务实时系统中，必然由实时操作系统来对实时任务进行管理。

μC／OS-II是一种结构小巧、具有可剥夺实时内核的实时操作系统。其内核提供任务调度与管理、时间管理、任务间同步与通信、内存管理和中断服务等功能。

现在许多工业控制系统用到了μC／OS-II，为了对其实时性有更深入具体的了解，本文对μC／OS-II的实时性进行了测试和分析，在实时系统设计中具有现实意义。

1 μC／OS-II实时性能测试指标

衡量嵌入式实时操作系统的好坏一般主要参考以下主要性能指标参数：任务切换时间、中断响应时间、任务响应时间、任务创建／删除时间、交替信号量时间、取得／释放信号量时间、交替消息队列传输时间等。本文仅对前2个最重要的指标参数进行测试分析。

1．1 任务切换时间

任务切换时间(Task Content Switch Time)可以反映出RTOS执行任务的速度。

μC／OS-II使用的是占先式内核，以保证系统的响应时间。每个任务都被赋予一定的优先级，最高优先级的任务一旦就绪，就能得到CPU的控制权。当一个运行着的任务通过信号量等机制使一个更高优先级的任务进入了就绪态，μC／OS-II会进行任务调度。这时当前任务的CPU使用权就要被剥夺，那个高优先级的任务会立刻得到CPU的控制权。

每个任务都有自己的一套CPU寄存器和栈空间。任务的切换实际上就是CPU寄存器内容的切换。CPU内部寄存器越多，额外负荷就越重。

在任务切换之前还需要在就绪表中查找出优先级最高的任务，它由任务调度函数OSSched()完成，是比较花费时间的。因为这个函数有固定长度的语句，所以它的执行时间是常数，与应用程序建立了多少个任务没有关系。

所以任务切换时间取决于CPU有多少寄存器要出入栈，以及相关调度函数的执行速度。

1．2 中断响应时间

中断响应时间(Interrupt Response Time)可以反映出RTOS对外界变化的反应速度，是指从中断发生起到执行中断处理程序的第一条指令所用的时间。它是衡量嵌入式实时操作系统实时性能的最主要、最具有代表性的性能指标。
中断响应时间=中断延迟时间+保存CPU状态的时间+该内核的ISR进入函数的执行时间
中断延迟时间=关中断的最长时间+开始执行中断服务子程序(ISR)的第1条指令的时间

关中断的最长时间取决于运行时不同的情况，其他参数在其系统中都有固定长度代码。中断响应是系统在最坏情况下响应中断的时间。

2 μC／OS-II实时性能测试原理

2．1 任务切换时间测试原理

任务切换时间测试是利用系统内部的定时器计算任务切换时间。给定时器一个初始值a1，并建立两个任务；在任务1中开启定时器，利用消息邮箱切换到任务2，停止计时，记录定时器的值为a2。设系统时钟的计数频率为f，任务切换时间为Ttest，则：

Ttest=（a1-a2）/f (1)

2．2 中断响应时间测试原理

中断响应时间测试同样也是利用定时器计算中断响应时间。给定时器一个初始值a1，建立一个任务和定时器中断服务函数，在任务中开启定时器；当定时器自减为0时，进入中断服务子函数，在该子函数中关闭定时器，记录定时器的值为a2。注意：定时器归0后自动变为初始值a1。设系统时钟的计数频率为f，中断响应时间为Tirt，则：

Tirt=（a1-a2）/f (2)

3 μC／OS-II实时性能测试步骤及结果

本文测试使用的硬件平台为2410开发板，其中处理
器采用Samsung公司的S3C2410X。S3C2410X是一款基于ARM920T内核的16／32位RISC嵌入式处理器，系统主频是202．8 MHz。

3．1 任务切换时间测试步骤及结果

①系统时钟初始化。这里只用到定时器0。PCLK=FCLK／4-202．8 MHz／4=50．7 MHz，预分频值设置为0，除法器设为1／4，所以最小分频为0．08 μs，f=12．5 MHz。计时器0初始值TCNTB0设为60 000，即a1=60 000．

②如图1所示，建立两个任务：Task_TCST_Start()和Task_TCST_End()。Task_TCST_
End优先级高，运行后因等待邮箱的消息而挂起等待；然后Task_TCS'T_Start开始运行，向邮箱发送一则消息，同时定时器开始计时；之后该任务延时一段时间，进入挂起状态。Task_TCST_End收到邮箱消息，由等待状态进入就绪态，因为拥有就绪态队列中的最高优先级，所以获得CPU使用权。它进入运行态后立即停止计时，记为a2。