CN101567873B - 一种多任务并行处理方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多任务并行处理方法，其包括对任务执行输入输出数据处理以进行根据输入输出协议定义的完整数据的接收，并发送相对应的消息到操作系统消息队列；根据所述接收到的操作系统发送的消息对所述任务执行任务操作处理。并且本发明还公开了一种多任务并行处理系统。因此，本发明使得消息传递的数量明显减少，从而降低了任务切换的频率，使得任务处理速度大幅度提升，任务所消耗的资源也大幅度下降。

Description

一种多任务并行处理方法及系统

技术领域

本发明涉及嵌入式多任务操作系统，尤其涉及一种多任务并行处理方法及系统。

背景技术

如图1所示，是现有技术中多任务处理的示意图。每个任务之间的切换是由消息触发完成的，当任务1收到了一条消息后，对消息内容进行处理并执行相应的操作，然后任务1等待下一条消息直至全部消息接收完全后进行数据处理并完成相应操作后结束任务。在任务1执行过程中，可能会被中断服务程序或其他优先级更高的任务2打断，任务1要在中断服务程序或其他优先级更高的任务2执行完成后继续执行。进行任务触发的消息可以是由中断服务程序产生的，也可以是其他的任务产生的。

例如，对于一种具有嵌入式操作系统，并具有多个IO(输入输出)端口的智能存储卡，这些IO端口包括通用异步收发(Universal AsynchronousReceiver/Transmitter，UART)接口、串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)、高速通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口、MMC(MultiMediaCard)接口、SD(Secure Digital)卡接口等。当两个或多个IO端口同时进行数据操作时则要求智能存储卡上的嵌入式操作系统能够并行处理多个任务。

在实际应用中，例如：UART端口是异步串行通信机制，接收到一个数据后操作系统就会产生一个中断，接收到的数据通过消息传送给任务并触发任务的执行；因此一百个字节的数据处理就产生一百个中断，需要发送一百个消息从而触发一百次任务才能完成。而对于USB，MMC和SD端口，一般情况下都会有非常大的数据量传输，从几兆到几十兆，而这些IO端口的数据接收缓冲区容量通常只有512字节或1024字节，进行数据接收时通常是当缓冲区装满数据后操作系统产生一个中断将数据送出。

因此，大数据量处理要产生上千个消息并触发上千次任务才能完成。另一方面，两个以上的IO端口同时进行数据处理时，操作系统会处在繁忙的消息发送和任务切换之中，使得完整的数据包得到处理的时间延长，同时增加了消息队列以及任务切换的负担，并需要开销更多的系统资源。此外，IO端口的通讯协议通常要求接收方在一定的时间内进行握手，向发送方返回响应数据。如果此时该消息数据得不到处理无法向发送方返回相应数据，这将会导致此次通讯的失败。

发明内容

为了解决现有技术中存在的任务切换的负担及系统资源开销多等问题，本发明的目的在于提供一种多任务并行处理方法，从而提高多任务处理中的任务切换效率、减小系统开销、提高消息处理速度，并能够及时正确地进行IO端口数据通讯。

为了实现上述目的，本发明提供的一种多任务并行处理方法，包括：对任务执行输入输出数据处理以进行根据输入输出协议定义的完整数据的接收，并发送相对应的消息到操作系统消息队列；根据所述接收到的操作系统发送的消息对所述任务执行任务操作处理。

进一步地，所述对任务执行输入输出数据处理以进行根据输入输出协议定义的完整数据的接收，并发送相对应的消息到操作系统消息队列包括：

步骤1，接收对应于一个输入输出端口的数据；

步骤2，根据该端口的输入输出协议判断所述接收的数据和已保存的数据是否是根据所述协议定义的完整数据，如果不是，则保存所述接收的数据并重复步骤1；如果是，则将所述已保存的数据和接收的数据封装入消息，将其发送给操作系统，由操作系统根据任务的优先级顺序发送。

进一步地，所述根据所述接收到的操作系统发送的消息对所述任务执行任务操作处理包括：

步骤3，接收所述操作系统发送的消息，并解析出其中携带的数据，判断接收到的数据和保存的数据是否是执行此次任务所需的完整数据，如是，则占用信号量来执行相应的任务操作，如否，则保存接收到的数据且等待下一次消息，其中所述信号量用于控制共享资源的使用权、标志某事件的发生或者使两个任务的行为同步。

进一步地，所述步骤1和步骤2之间还包括：判断是否向传输协议层响应握手数据，如是，则向输入输出端口响应握手数据后执行步骤2；否则直接执行步骤2。

进一步地，当所述判断是否向传输协议层响应握手数据为判断需要最快响应所述输入输出端口的握手通信协议时，则所述任务占用信号量来响应握手数据。

进一步地，所述步骤3中所述接收操作系统发送的消息和所述解析出其中携带的数据之间还包括：

判断所述任务等待的信号量是否释放，如否，则任务执行被挂起，等待所述信号量释放，如是，则继续执行后续步骤。

本发明还提供了一种多任务并行处理系统，该系统包括：

输入输出数据处理模块，用于对任务执行输入输出数据处理以进行根据协议定义的完整数据的接收，并发送相对应的消息到操作系统消息队列；

任务执行模块，用于根据所述接收到的操作系统发送的消息对任务执行任务操作处理。

进一步地，所述输入输出数据处理模块包括：

输入输出数据接收单元，用于接收任务对应于一个输入输出端口的数据；

数据判断单元，用于根据该端口的输入输出协议判断所述输入输出数据接收单元接收的数据和已保存的数据是否是根据所述协议定义的的完整数据，如果不是，则保存所述接收的数据并等待下一次数据的接收；如果是，则将所述已保存的数据和接收的数据封装入消息，将其发送给操作系统，由操作系统根据任务的优先级顺序发送。

进一步地，所述任务执行模块包括：消息接收单元，用于接收所述操作系统发送的消息；

消息解析判断单元，用于解析出消息携带的数据，判断接收到的数据和已保存的数据是否是执行此次任务所需的完整数据，如是，则占用信号量来执行相应的任务操作，如否，则保存接收到的数据且等待下一次消息，其中所述信号量用于控制共享资源的使用权、标志某事件的发生或者使两个任务的行为同步。

进一步地，所述输入输出数据处理模块还包括：

传输协议层响应单元，用于判断是否向传输协议层响应握手数据，根据判断结果所述任务占用信号量来最快响应握手数据或者不占用信号量来响应握手数据或者不响应。

因此，通过本发明多任务并行处理方法及系统将每一个任务的处理，分为两个阶段，输入输出数据处理阶段以及任务执行阶段，通过接收到根据协议定义的完整数据后发送消息到操作系统消息队列，操作系统根据任务的优先级顺序发送消息来触发任务执行阶段，这样多任务处理中，消息传递的数量明显减少，从而降低了任务切换的频率，使得任务处理速度大幅度提升，任务所消耗的资源也大幅度下降。

附图说明

图1为现有技术多任务处理示意框图；

图2为本发明多任务处理系统示意框图；

图3为本发明多任务并行处理方法实施例的流程图；

图4为本发明多任务并行处理方法的IO数据处理过程实施例的流程图；

图5为本发明多任务并行处理方法的任务操作处理过程实施例的流程图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述。

本发明多任务并行处理方法通过将每一个任务分为输入输出(IO)数据处理过程和任务执行过程两个阶段，只有在IO数据处理过程已经完成根据IO协议定义的完整数据的接收之后，才会发送消息来触发任务执行过程，从而避免了现有技术中每发送部分数据(由于受到IO端口缓存的容量限制或者现有消息发送机制的限制)就必须发送一次消息的问题。

如图2所示，为本发明用于多输入输出端口智能卡的多任务并行处理系统的示意性框图。将每一个任务处理分为IO数据处理阶段和任务执行阶段，其中，IO数据处理阶段由相应的IO数据处理模块来完成，该IO数据处理模块可以通过程序编码来实现，任务执行阶段由相应的任务执行模块来完成，该任务执行模块也可以通过程序编码来实现。IO数据处理模块由中断服务程序触发，负责数据的接收和保存，并根据IO端口协议的需要进行数据响应；当IO数据处理模块根据IO协议完成一次完整数据的接收后负责向操作系统发送一次消息。例如ISO/IEC7816协议中，一种命令的数据格式为：CLA INSP1 P2 Length，包括5个字节。IO数据处理模块接收这5个字节数据的过程如下：IO数据处理模块接收到第一个字节，将该数据保存并设置标志表明下一次IO端口接收到的数据与该数据属于同一条命令数据，因此当IO数据处理模块接收到第二个字节时，将该数据保存在上述第一次保存的数据之后，依次接收第三、四个字节，当IO数据处理模块接收到第五个字节时，判断出五个字节已经接收完整，清除标志并向操作系统发送五字节数据的消息。而现有技术中，根据ISO/IEC7816协议，7816端口每接收一个字节数据就产生一个中断，从而发送一次消息.

由消息触发的任务执行模块负责解析消息数据后进行相应操作。如图2所示的，中断服务程序触发每一个任务所对应的IO数据处理模块，如触发了n个IO数据处理模块，在每一个IO数据处理模块将数据进行处理，完成根据IO协议定义的完整数据的接收之后，发送一次消息给操作系统消息队列。操作系统根据任务的优先级向任务执行模块发送消息，消息触发相应的任务执行模块，所述任务执行模块判断其等待的信号量是否释放，如果否，则所述任务执行模块被挂起，直到其等待的信号量被释放，如果是，则判断任务所需的数据是否被完整接收，如果任务执行模块已经完整接收数据，则执行任务；如果任务执行模块还没有完整接收数据，即只接收了部分任务所需的数据，则该任务执行模块被挂起，等待下一个消息。任务在执行过程中如果有中断服务程序触发的IO数据预处理，则会首先响应中断服务程序，执行所述IO数据处理，直到IO数据处理执行完成后，才返回接着执行所述任务。但是任务在执行过程中可以关中断，以保证某些情况下要求任务执行不被中断。因此设置信号量，当出现任务需要最快响应IO端口握手通讯协议时，该IO数据处理模块先占用信号量，此时任务执行模块，只能等待该信号量释放后，再占用，从而保证了该IO端口通讯的正常进行。

如图所示，该多任务并行处理系统包括以下两个模块：

输入输出(IO)数据处理模块，用于对每一个任务执行输入输出数据处理以完成根据协议定义的完整数据的接收并发送相对应的消息；其中，所述输入输出数据处理模块可以包括：输入输出数据接收单元，用于接收一个输入输出端口的数据；和数据判断单元，用于根据该端口使用的协议判断所述输入输出数据接收单元接收的数据和保存的数据是否是所述协议定义的完整数据，如果不是，则保存所述接收的数据并等待下一个数据的接收；如果是，则将所述保存的数据和接收的数据封装入消息，将其发送给操作系统；并且还可以具有传输协议层响应单元，用于判断是否向传输协议层响应握手数据，根据判断结果所述IO数据处理模块占用信号量来最快响应握手数据或者不占用信号量来响应握手数据或者不响应。

任务执行模块，用于根据接收的操作系统根据任务的优先级发送的消息对任务执行任务操作处理。并且所述任务执行模块可以包括：消息接收单元，用于接收操作系统发送的消息；和消息解析判断单元，用于解析出消息携带的数据，判断任务执行等待的信号量是否释放，如否则挂起任务执行模块，如是则判断接收到的数据和保存的数据是否是此次任务所需的完整数据，如满足条件，则占用信号量并执行相应的任务操作，如不满足条件，则保存接收到的数据且等待下一次消息，其中所述信号量用于控制共享资源的使用权、标志某事件的发生或者使两个任务的行为同步。

参见图3，为本发明用于多输入输出端口智能卡的多任务并行处理方法实施例的流程图。本发明每个任务对应的输入输出数据处理模块对其对应的任务执行输入输出数据处理以完成根据协议定义的完整数据的接收并发送相对应的消息(如步骤1、2、3和4所示)，在所述输入输出数据处理过程执行完毕后，对应的任务执行模块根据所述接收到的消息对该任务执行任务操作处理(步骤5、6和7所示)。该处理方法包括以下步骤：

步骤1，在所述智能卡的操作系统产生中断时，触发该输入输出数据处理模块接收对应于一个输入输出端口的数据；

步骤2，根据该端口的数据传输协议判断所述接收的数据和所述输入输出数据处理模块保存的数据是否是根据所述协议定义的完整数据，如果不是，则执行步骤4保存所述接收的数据并等待下次中断；如果是，则执行步骤3将所述保存的数据和接收的数据封装入消息，将其发送给所述操作系统的消息队列，由操作系统根据任务优先级将消息队列中的消息发送到相应的任务执行模块；

步骤5，接收所述操作系统发送的所述消息，解析出其中携带的数据，判断所述任务等待的信号量是否释放，如否，则任务执行被挂起，如是，则判断该数据和所述任务执行模块保存的数据是否是此次任务所需的完整数据，如是，则执行步骤6占用信号量执行相应的任务操作，如否，则执行步骤7保存所述接收到的数据且等待下一次消息。

由上述方案可看出本发明通过数据的保存(消息触发之前的数据保存和消息触发之后的数据保存)，避免了由于UART端口出现的接收到一个数据就触发一个消息，一个消息就触发一次任务，或者由于USB等其它端口的缓冲区的限制，接收完一个缓冲区的数据就触发一个消息，一个消息就触发一次任务而带来的繁忙的消息和任务切换。

下面详细介绍本发明多任务并行处理两个过程，如图4所示，为本发明多任务并行处理方法的IO数据处理过程实施例的流程图。该IO数据处理过程包括以下步骤：

步骤110：IO数据处理模块接收数据；

步骤120：IO数据处理模块判断是否向传输协议层响应握手数据，例如，对于USB协议，IO端口接收到正确的数据后返回ACK握手包，表示成功地接收到数据，响应握手数据后继续执行步骤130；否则跳至步骤140；

步骤130：IO数据处理模块向IO端口响应握手数据；在本例中，当前执行的任务没有要求最快响应IO端口握手通讯协议，因此IO数据处理模块没有占用信号量来实现最快握手数据响应(在下文中将会描述IO数据处理模块占用信号量来实现最快握手数据响应)；

步骤140：IO数据处理模块判断当前接收到的数据和该IO数据处理模块存储的数据是否是IO数据传输协议定义的完整数据，是则向操作系统发送消息完成该阶段；否则跳至步骤150；

步骤150：保存接收到的数据，等待接收下一个中断来触发IO数据处理模块重复之前的步骤。

例如，I/O端口的数据接收缓冲区容量只允许存储512字节，现有技术中装满就得发送消息，但是通过该IO数据处理模块，可以将数据先保留，然后接收到IO端口协议定义的完整数据如2M之后，此时再向操作系统消息队列发送消息。采用本发明这种IO数据处理阶段之后，消息的发送次数大幅度降低，如8M数据在协议允许2M传送的情况下，发送4次消息即可，而现有技术中必须发送16次消息，从而降低了任务切换的频率，使得任务处理速度大幅度提升，任务所耗费的资源大幅度下降。

如图5所示，为本发明多任务并行处理方法的任务执行过程实施例的流程图。该任务执行过程包括以下步骤：

步骤210，所述任务执行模块接收所述操作系统发送的消息；

步骤220，所述消息触发所述任务执行模块判断等待的信号量是否释放(如是否被需要快速响应IO端口握手通讯协议的IO数据处理模块占用)，如是则执行步骤230，如否则等待并且任务执行模块被操作系统挂起；其中信号量用于控制共享资源的使用权、标志某事件的发生或者使两个任务的行为同步；

步骤230，判断接收到的数据和任务执行模块保存的数据是否是执行所述任务所需的完整数据，如是则占用信号量执行任务；如否(任务所需处理的数据例如8M)，则执行步骤240；

步骤240，所述任务执行模块分析所述数据并将其保存，等待下一个消息，重复步骤210。即8M数据的任务处理，还需要等待3次消息才能执行相应任务。

因此，本发明多任务并行处理方法及系统能够减少消息的传递量，从而降低任务切换的频率，使得任务处理速度大幅度提升，任务所耗费的资源大幅度下降。通过信号量的设置可以既尽量保证任务执行的连续性，即不被中断，又能够满足需要最快响应IO端口握手通讯协议的要求。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明实施例技术方案或者权利要求的精神和范围。

Claims (8)

1.一种多任务并行处理方法，其特征在于包括：

步骤1，接收对应于一个输入输出端口的数据；

步骤2，根据该端口的输入输出协议判断所述接收的数据和已保存的数据是否是根据所述协议定义的完整数据，如果不是，则保存所述接收的数据并重复步骤1；如果是，则将所述已保存的数据和接收的数据封装入消息，将其发送给操作系统，由操作系统根据任务的优先级顺序发送；

步骤3，根据所述接收到的操作系统发送的消息对所述任务执行任务操作处理。

2.根据权利要求1所述的多任务并行处理方法，其特征在于所述步骤3包括：

接收所述操作系统发送的消息，并解析出其中携带的数据，判断接收到的数据和保存的数据是否是执行此次任务所需的完整数据，如是，则占用信号量来执行相应的任务操作，如否，则保存接收到的数据且等待下一次消息，其中所述信号量用于控制共享资源的使用权、标志某事件的发生或者使两个任务的行为同步。

3.根据权利要求2所述的多任务并行处理方法，其特征在于所述步骤1和步骤2之间还包括：判断是否向传输协议层响应握手数据，如是，则向输入输出端口响应握手数据后执行步骤2；否则直接执行步骤2。

4.根据权利要求3所述的多任务并行处理方法，其特征在于当所述判断是否向传输协议层响应握手数据为判断需要最快响应所述输入输出端口的握手通信协议时，则所述任务占用信号量来响应握手数据。

5.根据权利要求4所述的多任务并行处理方法，其特征在于所述步骤3中所述接收操作系统发送的消息和所述解析出其中携带的数据之间还包括：

判断所述任务等待的信号量是否释放，如否，则任务执行被挂起，等待所述信号量释放，如是，则继续执行后续步骤。

6.一种多任务并行处理系统，其特征在于包括：

输入输出数据处理模块，包括：

输入输出数据接收单元，用于接收任务对应于一个输入输出端口的数据；

数据判断单元，用于根据该端口的输入输出协议判断所述输入输出数据接收单元接收的数据和已保存的数据是否是根据所述协议定义的完整数据，如果不是，则保存所述接收的数据并等待下一次数据的接收；如果是，则将所述已保存的数据和接收的数据封装入消息，将其发送给操作系统，由操作系统根据任务的优先级顺序发送；

任务执行模块，用于根据所述接收到的操作系统发送的消息对任务执行任务操作处理。

7.根据权利要求6所述的多任务并行处理系统，其特征在于所述任务执行模块包括：消息接收单元，用于接收所述操作系统发送的消息；

消息解析判断单元，用于解析出消息携带的数据，判断接收到的数据和已保存的数据是否是执行此次任务所需的完整数据，如是，则占用信号量来执行相应的任务操作，如否，则保存接收到的数据且等待下一次消息，其中所述信号量用于控制共享资源的使用权、标志某事件的发生或者使两个任务的行为同步。

8.根据权利要求7所述的多任务并行处理系统，其特征在于所述输入输出数据处理模块还包括：

传输协议层响应单元，用于判断是否向传输协议层响应握手数据，根据判断结果所述任务占用信号量来最快响应握手数据或者不占用信号量来响应握手数据或者不响应。

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