RTOS 應用程序嵌入式開發(fā)人員面臨著幾個共同的挑戰(zhàn)。讓我們檢查這些挑戰(zhàn)并討論一些潛在的解決方案。

挑戰(zhàn) #1 – 選擇任務優(yōu)先級

事實證明，有幾種不同的方法來選擇任務優(yōu)先級。首先，有最短的響應時間。在這種方法中，開發(fā)人員檢查每個任務的響應時間要求，并將最高優(yōu)先級分配給具有最短響應時間要求的任務。

其次，有最短作業(yè)優(yōu)先方法。在這種方法中，開發(fā)人員檢查任務的執(zhí)行時間，執(zhí)行時間最短的任務是最高優(yōu)先級(顯然其次是下一個最高優(yōu)先級，依此類推)。

最后，還有一種在實時嵌入式系統(tǒng)中最常用的方法，即最短周期優(yōu)先或更常用的“速率單調(diào)調(diào)度(RMS)”。在這種方法中，周期最短的任務優(yōu)先級最高。

遵循 RMS 將使你完成 95% 的任務，然后通常會有一個奇怪的任務，或者是非周期性的，需要優(yōu)先級分配。這些非周期性任務可以分配一個最壞情況周期，也可以根據(jù)它們的重要性、執(zhí)行時間或是否需要在另一個可能需要其數(shù)據(jù)的任務之前運行來分配它們。(請記住，任務優(yōu)先級沒有正確或錯誤的答案，只有可能比其他系統(tǒng)運行得更好或更高效的系統(tǒng))。

挑戰(zhàn)#2 — 用數(shù)據(jù)流圖看大圖

嵌入式開發(fā)人員在實施他們的 RTOS 應用程序時并沒有真正了解數(shù)據(jù)是從哪里產(chǎn)生的、去往何處以及如何到達那里的，這會導致軟件有點像糟亂的代碼，并且隨著更多應用程序的部署，經(jīng)常需要不斷地返工。盡量減少這種返工并了解整個應用程序的方法是開發(fā)一個簡單的數(shù)據(jù)流圖。該圖包含幾個關(guān)鍵組件：

• 數(shù)據(jù)生產(chǎn)者
• 數(shù)據(jù)消費者
• 數(shù)據(jù)傳輸機制
• 存儲機制
• 任務協(xié)調(diào)機制

擁有此數(shù)據(jù)流圖可以回答有關(guān)應用程序設計的許多問題，并避免將大量時間浪費在返工或調(diào)試上。

挑戰(zhàn) #3 – 正確保護共享內(nèi)存

互斥鎖用于保護共享內(nèi)存資源，但在實現(xiàn)中，經(jīng)常有嵌入式開發(fā)人員將互斥鎖與受保護的數(shù)據(jù)分開創(chuàng)建。雖然乍一看這似乎沒問題，但問題是如果互斥鎖是獨立于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建的，并且有人去使用該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，他們可能不會意識到它是一個共享和受保護的資源。(是的，文檔、設計和許多其他東西應該使這一點顯而易見，但如果單獨聲明它很容易被忽視)。

解決方案是將共享內(nèi)存視為一個對象，并將互斥鎖作為共享內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一部分。例如，共享內(nèi)存可能有來自濕度、溫度和電流傳感器的數(shù)據(jù)。我們通?？梢匀缦侣暶鲾?shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)：

typedef struct
{
uint16_t Humidity;
uint16_t Temperature;
uint16_t Current;
}SensorData_t;

同樣，單獨聲明的互斥鎖可能會使數(shù)據(jù)共享變得不那么明顯。相反，我們可以定義如下結(jié)構(gòu)：

typedef struct
{
mutex_t SensorDataMutex;
uint16_t Humidity;
uint16_t Temperature;
uint16_t Current;
}SensorData_t

現(xiàn)在，每當開發(fā)人員查看數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、嘗試執(zhí)行自動完成等操作時，都會提醒他們這是受保護的數(shù)據(jù)。當他們看到它被保護時，它應該提醒他們在訪問數(shù)據(jù)之前，他們需要獲取互斥鎖。

開發(fā)人員經(jīng)常忘記，僅僅因為創(chuàng)建互斥鎖是為了保護數(shù)據(jù)，并不能保證互斥鎖將用于訪問數(shù)據(jù)。(這也是為什么將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)視為一個對象并創(chuàng)建限制對數(shù)據(jù)資源的訪問和控制的函數(shù)很有用，這些數(shù)據(jù)資源在應用程序級別抽象出互斥鎖)。

實時操作系統(tǒng)可以簡化嵌入式系統(tǒng)的時間和資源管理。但是，RTOS 確實增加了系統(tǒng)的復雜性，可能會產(chǎn)生影響開發(fā)計劃和代碼質(zhì)量的意想不到的挑戰(zhàn)。在今天的文章中，我們研究了嵌入式開發(fā)人員經(jīng)常遇到的幾個常見挑戰(zhàn)，通過遵循一些最佳實踐可以很容易地克服這些挑戰(zhàn)。