CN103049324A

CN103049324A - 一种基于优先级位图的AUTOSAR NvM读写任务的管理方法

Info

Publication number: CN103049324A
Application number: CN2013100068851A
Authority: CN
Inventors: 杨国青; 顾宗华; 王旭阳; 金曦; 吴朝晖
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2013-04-17

Abstract

本发明公开了一种基于优先级位图的AUTOSAR NvM读写任务的管理方法，通过构建256组普通任务队列、一组立即任务队列、一队列映射表和一优先级位图就绪表；根据队列映射表和优先级位图就绪表将读写任务插入任务队列或从任务队列中抓取读写任务；在抓取读写任务时本发明利用优先级位图算法以就绪表为偏移，从优先级位图查找表中查找出待处理读写任务的最高优先级，通过这种固定地有限次数的查表算法能够以O(1)的时间复杂度找到当前优先级最高的就绪任务，且扩展后的257个读写请求队列的开销较小，维护比较简单。

Description

一种基于优先级位图的AUTOSAR NvM读写任务的管理方法

技术领域

本发明属于计算机读写技术领域，具体涉及一种基于优先级位图的AUTOSAR NvM读写任务的管理方法。

背景技术

AUTOSAR(AUTomotive Open System Architecture)是一款标准化的开放式汽车软件架构。在AUTOSAR标准中，采用分层结构管理存储器，具体分为存储器驱动层、硬件抽象层以及存储器服务层。其中硬件驱动层通过直接操作具体的寄存器，对硬件功能和特征进行封装；硬件抽象层是对不同类型的存储器进行进一步地封装，抽象为若干用户配置的存储块，使不同存储器类型及其限制对于上层存储器服务层透明；存储服务层以块为基本单位为用户提供对存储器读、写等操作。

NvM(NVRAM Manager，非易失性存储器管理器)是AUTOSAR存储服务层的核心模块，它的重要功能之一就是将Nv Data存储到对应的NvRAM Block。其中Nv Data指的是存储在非易失性存储器中的数据，这些数据中被分为两类：一类是不能有延时需要立即写入存储器中的数据，这一类数据被称为crash data；另一类为普通的数据，其写入存储器的可以存在一定的延时。而NvRAM Block是指整个管理和存储非易失数据的结构，它的基本单位称为Nv Block，Nv Block驻留在非易失存储中，它是读、写等操作的基本单位。若Nv Block中存储的NvData为Crash Data，则该Nv Block称为Immediate Block。另外，AUTOSAR标准中，对每个Nv Block都设置了一个优先级，优先级的范围为0到255，ImmediateBlock的优先级为0，0为最高优先级。每一个读写任务即是把数据从一个NvBlock读取或写入的过程，故该Nv Block的优先级即是对应读写任务的优先级。

AUTOSAR标准中规定对Nv Block的读、写过程采用异步的方式实现，即用户调用特定的函数发出读、写请求，将读、写请求任务存储到队列中 (AUTOSAR标准规定，同一时间，队列中只能存储一个针对同一个Nv Block的任务)。通过另一个周期性调用的函数从队列中抓取Nv Block的读、写请求任务，完成对应的读、写操作。AUTOSAR标准中从读写队列中读取Nv Block读写请求任务的顺序根据用户配置参数NvmJobPrioritization(布尔型用户配置参数)是否为Ture，被分为基于Nv Block优先级的顺序处理和先来先服务的顺序处理两种方式。AUTOSAR NvM 378中规定在基于Nv Block优先级任务处理的方式下，NvM模块需要使用两个队列，一个为立即队列，它仅存放crash data的写任务，而另一个为普通队列，它存储除Crash Data写任务以外的其他任务。立即队列中的任务可以抢占普通队列中任务的执行(即取消普通队列中正在进行的任务，执行立即任务队列中的写任务)，普通任务队列不能抢占其他任务，但也需要根据读写任务Nv Block优先级的顺序执行。

在这种读写请求队列实现过程中，对普通的队列中操作开销比较大和维护比较困难。其按照任务就绪的先后顺序插入队列，这种情况下从队列中抓取优先级最高的任务时，需要遍历整个队列找到最高优先级的任务(若采用数组实现队列，从队列中删除任务时，还需要调整队列使得队列连续)，因此此种方法的时间复杂度为O(n)。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术缺陷，本发明提供了一种基于优先级位图的AUTOSAR NvM读写任务的管理方法，其操作开销相对较小，且维护简便。

一种基于优先级位图的AUTOSAR NvM读写任务的管理方法，如下：

首先，构建256组普通任务队列、一组立即任务队列、一队列映射表和一优先级位图就绪表；所述的队列映射表用于为各组普通任务队列的头尾提供指向，所述的优先级位图就绪表用于记录各优先级的读写任务加载情况；

当有读写任务载入时，判断其是否为Crash Data的写任务：

若是，直接将该任务插入立即任务队列的尾部；

若否，则根据其优先级通过队列映射表将该任务插入对应普通任务队列的尾部，并更新队列映射表和优先级位图就绪表；

当抓取读写任务时，首先判断立即任务队列是否为空：

若否，则从立即任务队列的头部抓取对应的任务，并取消当前正在运行的读写任务，直接运行抓取出来的任务；

若是，则等待当前正在运行的读写任务结束后，根据优先级位图就绪表通过优先级位图算法查找出待处理读写任务的最高优先级，并通过队列映射表从该优先级对应的普通任务队列的头部抓取对应的任务，进而运行该任务。

本发明采用周期性调用函数定时抓取读写任务。

所述的队列映射表具有对应256组普通任务队列的256栏映射信息，每一栏映射信息包括对应普通任务队列的队列长度、队列头指向和队列尾指向；通过指向从队列头部抓取任务或将任务插入队列尾部。

所述的优先级位图就绪表具有对应256组普通任务队列的256个标志位，标志位为0或1。优先级位图就绪表中各标志位初始化为0，当有读写任务插入任一普通任务队列，则将该普通任务队列对应的标志位置为1；当任一普通任务队列为空时，则将该普通任务队列对应的标志位置为0。

本发明利用优先级位图算法以就绪表为偏移，从优先级位图查找表(常量表)中查找出待处理读写任务的最高优先级。优先级位图算法是广泛应用于实时操作系统任务调度的一种算法，它利用一个字节的8个二进制位表示8个不同的优先级，若对应优先级的标志位为1，则表示存在该优先级的任务处于就绪状态，从而构成任务就绪表；而后以该值为索引查另一个固定的映射表即优先级位图查找表，得到当前处于就绪状态任务的最高优先级，通过这种固定地有限次数的查表算法能够以O(1)的时间复杂度找到当前优先级最高的就绪任务。

优先级位图算法的优势在于通过查表的方法，得到当前最高优先级，时间效率高，同时所需增加的就绪表利用二进制的比特位表示每个优先级，空间开销较小，操作维护起来简单，但是优先级位图的限制在于仅适用于优先级数目固定的情况。AUTOSAR NvM标准中规定Nv Block的优先级范围为0到256，符合优先级位图算法的要求，因此应用此算法能够得在时间和空间上的效率上取得较好的效果，实现起来也比较简单。

本发明当读写请求队列的顺序为基于Nv Block优先级时，定义一个长度为256的顺序表，如数组。每个元素包含一个指向存储请求队列的元素，并且包含该读写请求队列的队列头和队列尾；另外定义一个队列为立即队列，准备存储crash数据的写任务。将定义的结构中每个读写请求的队列头和队列尾初始化为0，表示当前队列中没有元素。初始化优先级位图的就绪表；当有读写请求任务时，首先判断它是否为crash data写任务，如果结果为真，则直接插入到立即队列的队列尾。如果结果为假，则根据优先级位图算法，更新优先级位图的就绪表的响应元素。在NvM模块中周期性调用函数处理读写任务时，首先判断立即队列是否为空，如果结果不为空，则取消当前运行的任务，处理立即队列中的crash data写任务。如果结果为空，则等待当前任务运行结束，利用优先级位图，计算出处于当前读写请求队列中优先级最高的优先级号，并从该优先级的读写请求队列中读取它的队列头存储的任务。

本发明扩展后的257个读写请求队列的开销较小，维护比较简单，可以通过一个循环线性表实现；采用优先级位图实现查找当前最高优先级的任务的时间效率很高，可以达到O(1)的时间复杂度。

附图说明

图1为读写任务队列及其映射表的数据结构示意图。

图2为优先级位图就绪表的数据结构示意图。

图3为本发明向任务队列插入读写任务的执行流程示意图。

图4为本发明从任务队列抓取读写任务的执行流程示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案及其相关原理进行详细说明。

构建256组普通任务队列、一组立即任务队列、一队列映射表和一优先级位图就绪表；

如图1所示，队列映射表用于为各组普通任务队列的头尾提供指向；其具有对应256组普通任务队列的256栏映射信息，每一栏映射信息包括对应普通任务队列的队列长度、队列头指向和队列尾指向；通过指向从队列头部抓取任务或将任务插入队列尾部。

优先级位图就绪表用于记录各优先级的读写任务加载情况；其具有对应256组普通任务队列的256个标志位，标志位为0或1；优先级位图就绪表中各标志位初始化为0，当有读写任务插入任一普通任务队列，则将该普通任务队列对应的标志位置为1；当任一普通任务队列为空时，则将该普通任务队列对应的标志位置为0。

本实施方式中，上述这些队列、列表的数据结构均通过C语言实现：

定义数据结构：

读写请求任务队列数据类型结构RequestQueueType，其具体结构如表1所示：

表1

其中，BlockIdTye为双字节的无符号整型，其具体定义如下：

typedef BlockIdType uint16

NextFunction为一个函数指针，其具体定义如下：

typedef void(*Nextfuction)(void)

普通队列映射类型QueueInfoTblType，具体结构如表2所示：

表2

上表中uint8型为无符号整型范围为0～255；uint16类型为双字节无符号整型范围0～65535。

定义全局变量、常量表：

1)RequestQueueType requestQueue[BLOCKNUM]；

RequestQueueType immediateQueue[IMBLOCKNUM]；

数组requestQueue[]，包含256个普通的读写队列，数组大小BLOCKNUM为Nv Block的数目。数组immediateQueue[]是立即任务队列，数组大小事立即块的个数。

2)QueueInfoTblType queueInfoTbl[256]；

uint8 imm_tail；

uint8 imm_head；

数组queueInfoTbl[]数组包含256个优先级对应的普通读写请求任务映射信息表，因此数组的大小为256，访问该数组时，以优先级为下标索引得到对应的读写请求信息。imm_tail和imm_head分别为立即队列的头和尾索引。

3)定义block状态标识数组如下：

uint32blockPending[BLOCKNUM/32+1]

该数组中BLOCKNUM是Nv block的个数，每个数组元素中每个比特位表示此时是否有读写任务对对应的block进行操作。

4)定义优先级位图查找表如下，其中的每个元素表示该元素对个的8个优先级中处于最高优先级的位置。

uint8 const BitMapTbl[]＝{

0，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

6，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

7，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

6，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，

}

5)定义优先级位图就绪表，就绪表分为3级，如图2所示，具体定义如下：

对任务队列进行初始化，代码如下：

当有读写任务载入时，判断其是否为Crash Data的写任务：

若是，直接将该任务插入立即任务队列的尾部；

若否，则根据其优先级通过队列映射表将该任务插入对应普通任务队列的尾部，并更新队列映射表和优先级位图就绪表。

如图3所示，其具体实现方式如下：

步骤1)判断是当前操作的block是否已经在队列中了，即已经处于等待状态了。

步骤2)判断任务是否为立即任务。

blockid和NextFunction是通过函数参数传入的读写任务的操作对象的BlockId和操作的函数指针。

步骤3)更新就绪表

uint8 prio＝blockConfig+blockid)-＞priorty；

RdyGrpL2|＝BitMapTbl[prio＞＞6]；

RdyGrpL1[prio＞＞6]|＝BitMapTbl[(prio&0x3f)＞＞3]；

RdyTbl[(prio & 0x3f)＞＞3]|＝BitMapTbl[prio&0x7]；

/*插入完毕，返回成功*/

当抓取读写任务时，首先判断立即任务队列是否为空：

若是，则等待当前正在运行的读写任务结束后，根据优先级位图就绪表通过优先级位图算法查找出待处理读写任务的最高优先级(以每8个比特位即一个字节大小为偏移量，从优先级位图查找表中查找出待处理读写任务的最高优先级)，并通过队列映射表从该优先级对应的普通任务队列的头部抓取对应的任务，进而运行该任务。

如图4所示，其具体实现方式如下：

步骤1)判断立即队列是否为空。

步骤2)通过查表，得到当前的最高优先级Highprio。

uint8x，y，z；

uint8Highprio；

z＝BitMapTbl[RdyGrpL2]；

y＝BitMapTbl[RdyGrpL1[z]]；

x＝BitMapTbl[RdyTbl[y]]；

Highprio＝(z＜＜6)+(y＜＜3)+x；

/*进入步骤3*/

步骤3)从HighPrio的读写队列的尾部读取任务，并队列中删除。

步骤4)更新就绪表。其中prio因为删除操作使得队列为空的优先级。

uint8 prio＝blockConfig+blockid)-＞priorty；

RdyTbl[(prio&0x3f)＞＞3]&＝～BitMapTbl[prio&0x7]；

if(RdyTbl[(prio&0x3f)＞＞3]＝＝0)

RdyGrpL1[prio＞＞6]&＝～BitMapTbl[(prio&0x3f)＞＞3]；

if(RdyGrpL1[prio＞＞6]＝＝0)

RdyGrpL2&＝～BitMapTbl[prio＞＞6]；

/*完成删除*/

本实施方式利用优先级位图算法以就绪表为偏移，从优先级位图查找表中查找出待处理读写任务的最高优先级。优先级位图算法是广泛应用于实时操作系统任务调度的一种算法，它利用一个字节的8个二进制位表示8个不同的优先级，若对应优先级的标志位为1，则表示存在该优先级的任务处于就绪状态，从而构成任务就绪表；而后以该值为索引查另一个固定的映射表即优先级位图查找表，得到当前处于就绪状态任务的最高优先级，通过这种固定地有限次数的查表算法能够以O(1)的时间复杂度找到当前优先级最高的就绪任务。

优先级位图算法的优势在于通过查表的方法，得到当前最高优先级，时间效率高，同时所需增加的就绪表利用二进制的比特位表示每个优先级，空间开销较小，操作维护起来简单，但是优先级位图的限制在于仅适用于优先级数目固定的情况。AUTOSAR NvM标准中规定Nv Block的优先级范围为0到256，符合优先级位图算法的要求，因此应用此算法能够得在时间和空间上的效率上取得较好的效果，实现起来也比较简单。本实施方式对就绪表构建3级索引，故每次查找最高优先级只需要找表3次，大大减少了具体实施的时间复杂度。

Claims

1.一种基于优先级位图的AUTOSAR NvM读写任务的管理方法，如下：

当有读写任务载入时，判断其是否为Crash Data的写任务：

若是，直接将该任务插入立即任务队列的尾部；

当抓取读写任务时，首先判断立即任务队列是否为空：

2.根据权利要求1所述的管理方法，其特征在于：所述的队列映射表具有对应256组普通任务队列的256栏映射信息，每一栏映射信息包括对应普通任务队列的队列长度、队列头指向和队列尾指向。

3.根据权利要求1所述的管理方法，其特征在于：所述的优先级位图就绪表具有对应256组普通任务队列的256个标志位，标志位为0或1。

4.根据权利要求3所述的管理方法，其特征在于：所述的优先级位图就绪表中各标志位初始化为0，当有读写任务插入任一普通任务队列，则将该普通任务队列对应的标志位置为1；当任一普通任务队列为空时，则将该普通任务队列对应的标志位置为0。