CN107577528B - 多任务序列并行运行的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多任务序列并行运行的方法，具体步骤如下：设备唤醒，初始化内存和外设；装载设备中所有任务运行所需的参数，微控制器以节拍定时器产生任务对应的时间节拍，所有任务以时间节拍生成时间片段，以时间片段生成周期任务，从而建立时间调度周期表；微控制器接收指令装载序列数据，解析后按照建立的时间调度周期表运行序列数据；运行序列数据实现多任务模块的正常运行。本发明提供的方法，提供软/硬件框架供用户进行二次开发，设计一种基于低成本的微处理器的运行方法，通过在微处理器的运行框架内，调度SPI_FLASH存储中的多任务运行序列数据，实现最大程度支持多任务按时间调度运行，更少占内存和计算资源。

Description

多任务序列并行运行的方法

技术领域

本发明涉及计算多任务方法技术领域，具体涉及一种多任务序列并行运行的方法。

背景技术

在现有移动嵌入式应用中，通常采用单任务(死循环)方式或前后台进行多任务处理。当多任务运行需要采用嵌入式实时操作系统进行多任务的调度时，对系统资源要求相对较高，此时就面临诸如栈空间分配、优先级处理等诸多问题。

在移动环境(使用电池)、轻量级和低成本的设备内，通常使用低功耗、低成本的微控制器，这种微控制器具有高集成度，集成多个外设和内部存储系统，但内部的存储相对较小(几KB到几百KB)。通常的实时操作系统管理的多任务处理，需要为每个任务设定一定大小的堆栈，多任务下的堆栈分配耗用了微控制器的内存。以微内核嵌入式操作系统μC/OSII为例，其支持低成本微处理器上运行多任务，除了任务间共享资源外，需要为每个任务分配大小不等的栈，对内存有极大的需求。

现有的实现多任务序列并行运行的设备具有如下的不足：1)内存消耗大：嵌入式操作系统系统的多任务运行本质是多个任务以一定方式切换/轮转，除了任务间共享资源需要有存储外，单个任务分配均需要分配内存资源(栈空间)来保证任务的进入、正常运行和退出。2)任务运行与切换的不确定性：嵌入式操作系统系统为了保证任务的实时性，多任务间通常采用一定规则的高优先级任务抢占低优先级任务，无论是基于时间片优先级调整还是抢占，采用事件触发模式多任务调度均存在一定程度不确定性，随机事件易突发。

CN 201610294117.4涉及一种多任务管理方法及装置，属于电子设备领域。所述多任务管理方法包括：接收用于触发显示多任务管理界面的操作信号；获取所述电子设备上正在运行的各个应用程序；对于每一个正在运行的应用程序，获取缓存的与所述应用程序相关的缓存页面；在所述多任务管理界面中显示正在运行的应用程序的预览集合，应用程序的预览集合用于聚合显示与所述应用程序相关的缓存页面；获取被选中的缓存页面，控制所述被选中的缓存页面所对应的应用程序在前台运行，并控制所述应用程序初始显示所述被选中的缓存页面。公开解决了相关技术中切换至应用程序的目标页面操作繁琐的技术问题，达到了简化切换至应用程序的目标页面操作效果，该方法不适用于无操作系统的裸机模式，实时响应的时间长，具有一定的局限性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种多任务序列并行运行的方法，实现在低成本的微控制器内实现多任务序列并行运行，且每个任务在设定的时间周期内按序列运行，不需要进行内存的抢占，实时响应时间短。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：本发明提供一种多任务序列并行运行的方法，具体步骤如下：

1)设备唤醒，初始化内存和外设；

2)装载设备中所有任务运行所需的参数，微控制器以节拍定时器产生任务对应的时间节拍，所有任务以时间节拍生成时间片段，以时间片段生成周期任务，从而建立时间调度周期表；

3)微控制器接收指令装载序列数据，解析后按照步骤2)建立的时间调度周期表运行序列数据；

4)运行序列数据实现多任务模块的正常运行。

进一步地，所述步骤1)中设备唤醒是指通过开机待机按键输入指令实现。

进一步地，所述步骤1)中所述初始化内存和外设的具体流程如下：初始化SPI_FLASH存储和设备的参数，控制对设备的其他模块上电，设备自检，激活蓝牙4.0通信模块并周期发送设备状态，读取SPI_FLASH存储开机检测序列，控制多任务模块经过微处理器进行开机检测序列。

进一步地，所述开机检测序列包括如下检测过程：双OLED屏显示眼形，RGB全彩LED灯亮灯，测距机构进行测距，六轴传感器对设备进行姿态检测，语音机构开始自检，行走机构进行行走测试，扭转机构进行检测。

进一步地，所述步骤2)中，在装载所有任务运行所需的参数时，分配不同时间周期内各任务同步使用的信号量；根据任务的数量、周期和时间片段进行时间设置。

进一步地，所述步骤2)中，所述所有任务包括双OLED屏显示任务、RGB全彩LED灯任务、按键检测任务、扭转动作任务、MP3播放任务、语音合成任务、附件通讯任务、行走动作任务、测距任务、扭转角度过程控制任务、行走控制任务和调度任务。其中双OLED屏显示任务、RGB全彩LED灯任务、按键检测任务、扭转动作任务、MP3播放任务、语音合成任务、附件通讯任务、行走动作任务、测距任务设置为100ms周期；将扭转角度过程控制任务、行走过程控制任务和MP3流传送任务设置为10ms周期；将序列调度任务设置为20ms周期；若任务数量继续增加，为均衡微处理器负载，将100ms划分10个10ms时间片，将10个甚至多个100ms的周期任务依次对应在不同的10ms时间片内进行运行。

进一步地，所述步骤2)中所述时间调度周期表中还包括任务执行掩码，所述任务执行掩码与周期任务配合使用。

进一步地，所述步骤3)中微控制器接收指令装载序列数据的方式有如下四种：方式一，通过用户在上位机进行编辑工作序列，在设备上选择功能键，微处理器持续监测按键动作，依据按键和指令读取装载SPI_FLASH存储中的序列数据；方式二，通过用户在上位机进行编辑工作序列，在上位机中的APP选择工作序列，蓝牙4.0通信模块接收动作指令，依据指令读取装载SPI_FLASH存储中的序列数据；方式三，通过传感器检测设备的当前状态，微处理器读取装载SPI_FLASH存储中的任一序列数据；方式四，没有接收到方式一～方式三中的任一指令，微处理器进入待机倒计时状态，视为空闲，空闲时微控制器读取装载SPI_FLASH存储中的特定空闲序列数据。

进一步地，所述步骤4)正常运行按照时间调度周期表进行。

进一步地，所述方法还包括通讯任务的运行，所述通讯任务通过电子设备的串口与外接的上位机进行通信，实时传输微控制器的控制情况。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种多任务序列并行运行的方法，提供软/硬件框架供用户进行二次开发，设计一种基于低成本的微处理器的运行方法，通过在微处理器的运行框架内，调度SPI_FLASH存储中的多任务运行序列数据，实现最大程度支持多任务按时间调度运行，更少占内存和计算资源。

多任务模块进行初始化同时进行时间周期的划分，按照任务执行掩码和时间调度实现多任务序列的并行运行，各任务模块不需要进行抢占、不需进行切换，时间可预测性好、系统稳点，方便实时修改任务序列；微处理器只需要分配任务间共享资源，不需要为每个任务分配冗余的栈空间，任务进入时申请内存资源，退出时释放内存，有效减低系统存储运行资源。

本发明通过在低成本、内存容量较低的微控制器上，基于时间周期、时间片段、任务掩码结合实现多任务序列并行运行的方法，其目的在于克服目前多任务系统对内存需求相对较高，任务相应时间不确定的问题。本发明的方法可适用于无操作系统的裸机模式下的多任务前后台实时嵌入式系统的设计和实现，前台实现高实时响应，后台实现多任务序列按时间周期和时间片段进行调度并行运行。

说明书附图

图1为本发明实施例的流程图。

具体实施方式

下面以具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不受下述实施例的限定。

实施例1

如图1所述的流程图，本发明提供一种多任务序列并行运行的方法，包括前台程序和后台程序，其中，所述后台程序具体步骤如下：

1)通过开机待机按键输入指令实现设备唤醒，初始化内存和外设，具体流程如下：初始化SPI_FLASH存储和设备的参数，控制对设备的其他模块上电，设备自检，激活蓝牙4.0通信模块并周期发送设备状态，读取SPI_FLASH存储开机检测序列，控制多任务模块经过微处理器进行开机检测序列，开机检测序列包括如下检测过程：双OLED灯组显示眼形，RGB全彩LED灯亮灯，测距机构进行测距，六轴传感器对设备进行姿态检测，语音机构开始自检，行走机构进行行走测试，扭转机构进行检测；

2)装载设备中所有任务运行所需的参数，分配不同时间周期内各任务同步使用的信号量；根据任务的数量、周期和时间片段进行时间设置，微控制器以节拍定时器产生任务对应的时间节拍，所有任务以时间节拍生成时间片段，以时间片段生成周期任务，从而建立时间调度周期表；通过利用系统节拍定时器产生1毫秒节拍，产生以毫秒为单位的时间片段；以时间片段将后台任务生产以100ms的周期任务、10ms的周期任务以及处理数据流的20ms的周期任务；所述所有任务包括双OLED屏显示任务(记做任务1)、RGB全彩LED灯任务(记做任务2)、按键检测任务(记做任务3)、扭转动作任务(记做任务4)、MP3播放任务(记做任务5)、语音合成任务(记做任务6)、附件通讯任务(记做任务7)、行走动作任务(记做任务8)、测距任务(记做任务9)设置为100ms周期；将扭转角度过程控制任务(记做任务10)、行走过程控制任务(记做任务11)和MP3流传送任务(记做任务12)设置为10ms周期；将序列调度任务(记做任务13)设置为20ms周期；若任务数量继续增加，为均衡微处理器负载，将100ms划分10个10ms时间片，将10个甚至多个100ms的周期任务依次对应在不同的10ms时间片内进行运行；任务调度时间表除了任务分配时间表还包括任务执行掩码，任务执行掩码是指对应的任务是否在当前周期内执行还是不执行的标识位，如果该任务的执行掩码为1，则该任务在当前周期内执行，若该任务的执行掩码为0，则不执行；序列数据解析为时间顺序任务后，序列调度任务(任务13)动态修改任务1-9的执行掩码，任务10-13总是运行的，即常为1，所述时间调度周期表如表1所示：

表1调度时间表

3)微控制器接收指令装载序列数据，解析后按照步骤2)建立的时间调度周期表运行序列数据；微控制器接收指令装载序列数据的方式有如下四种：方式一，通过用户在上位机进行编辑工作序列，在设备上选择功能键，微处理器持续监测按键动作，依据按键和指令读取装载SPI_FLASH存储中的序列数据；方式二，通过用户在上位机进行编辑工作序列，在上位机中的APP选择工作序列，蓝牙4.0通信模块接收动作指令，依据指令读取装载SPI_FLASH存储中的序列数据；方式三，通过传感器检测设备的当前状态，微处理器读取装载SPI_FLASH存储中的任一序列数据；方式四，没有接收到方式一～方式三中的任一指令，微处理器进入待机倒计时状态，视为空闲，空闲时微控制器读取装载SPI_FLASH存储中的特定空闲序列数据；任务是否在当前周期内运行依赖于任务执行掩码是否为1，根据装载的SPI_FLASH存储中的序列数据，来确定任务执行掩码为1或0；

4)按照时间调度周期表运行序列数据实现多任务模块的正常运行。

本发明的多任务序列并行运行的方法中，多任务模块根据任务调度时间表进行运行，运行的情况微处理器实时的传输给通讯任务，通讯任务可以是蓝牙4.0通讯模块通过电子设备的串口与外接的上位机进行通信，实时传输微控制器的控制情况。蓝牙4.0通信模块作为连接上位机的纽带，既接收控制序列运行的动作指令，还接收上位机的设备管理和维护，同时还担负上位机对设备更新序列数据的传输任务。微控制器接收蓝牙4.0通信模块更新序列数据存储到SPI_FLASH存储中去，使设备的序列内容可动态更新。通讯任务为前台运行程序，其通过抢占栈空间来获得内存资源，其余的多任务模块不需要进行抢占、不需进行切换，实现调度可预测性、系统稳定，便于实时修改。

本发明的微处理器以STM32F103为核心处理器。

本发明提供的一种多任务序列并行运行的方法，提供软/硬件框架供用户进行二次开发，设计一种基于低成本的微处理器的运行方法，通过在微处理器的运行框架内，调度SPI_FLASH存储中的多任务运行序列数据，实现最大程度支持多任务按时间调度运行，更少占内存和计算资源。

多任务模块进行初始化同时进行时间周期的划分，按照任务执行掩码和时间调度实现多任务序列的并行运行，各任务模块不需要进行抢占、不需进行切换，时间可预测性好、系统稳点，方便实时修改任务序列；微处理器只需要分配任务间共享资源，不需要为每个任务分配冗余的栈空间，任务进入时申请内存资源，退出时释放内存，有效减低系统存储运行资源。

本发明通过在低成本、内存容量较低的微控制器上，基于时间周期、时间片段、任务掩码结合实现多任务序列并行运行的方法，其目的在于克服目前多任务系统对内存需求相对较高，任务相应时间不确定的问题。本发明的方法可适用于无操作系统的裸机模式下的多任务前后台实时嵌入式系统的设计和实现，前台实现高实时响应，后台实现多任务序列按时间周期和时间片段进行调度并行运行。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多任务序列并行运行的方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)设备唤醒，初始化内存和外设；

2)装载设备中所有任务运行所需的参数，微控制器以节拍定时器产生任务对应的时间节拍，所有任务以时间节拍生成时间片段，以时间片段生成周期任务，从而建立时间调度周期表；

3)微控制器接收指令装载序列数据，解析后按照步骤2)建立的时间调度周期表运行序列数据；

4)运行序列数据实现多任务模块的正常运行；

所述步骤3)中微控制器接收指令装载序列数据的方式有如下四种：方式一，通过用户在上位机进行编辑工作序列，在设备上选择功能键，微处理器持续监测按键动作，依据按键和指令读取装载SPI_FLASH存储中的序列数据；方式二，通过用户在上位机进行编辑工作序列，在上位机中的APP选择工作序列，蓝牙4.0通信模块接收动作指令，依据指令读取装载SPI_FLASH存储中的序列数据；方式三，通过传感器检测设备的当前状态，微处理器读取装载SPI_FLASH存储中的任一序列数据；方式四，没有接收到方式一～方式三中的任一指令，微处理器进入待机倒计时状态，视为空闲，空闲时微控制器读取装载SPI_FLASH存储中的特定空闲序列数据。

2.根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的方法，其特征在于，所述步骤1)中设备唤醒是指通过开机待机按键输入指令实现。

3.根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的方法，其特征在于，所述步骤1)中所述初始化内存和外设的具体流程如下：初始化SPI_FLASH存储和设备的参数，控制对设备的其他模块上电，设备自检，激活蓝牙4.0通信模块并周期发送设备状态，读取SPI_FLASH存储开机检测序列，控制多任务模块经过微处理器进行开机检测序列。

4.根据权利要求3所述的多任务序列并行运行的方法，其特征在于，所述开机检测序列包括如下检测过程：双OLED屏显示眼形，RGB全彩LED灯亮灯，测距机构进行测距，六轴传感器对设备进行姿态检测，语音机构开始自检，行走机构进行行走测试，扭转机构进行检测。

5.根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的方法，其特征在于，所述步骤2)中，在装载所有任务运行所需的参数时，分配不同时间周期内各任务同步使用的信号量；根据任务的数量、周期和时间片段进行时间设置。

6.根据权利要求5所述的多任务序列并行运行的方法，其特征在于，所述步骤2)中，所述所有任务包括双OLED屏显示任务、RGB全彩LED灯任务、按键检测任务、扭转动作任务、MP3播放任务、语音合成任务、附件通讯任务、行走动作任务、测距任务、扭转角度过程控制任务、行走过程控制任务、MP3流传送任务和序列调度任务。

7.根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的方法，其特征在于，所述步骤2)中所述时间调度周期表中还包括任务执行掩码，所述任务执行掩码与周期任务配合使用。

8.根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的方法，其特征在于，根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的方法，其特征在于，所述步骤4)正常运行按照时间调度周期表进行。

9.根据权利要求1所述的多任务序列并行运行的方法，其特征在于，所述方法还包括通讯任务的运行，所述通讯任务通过电子设备的串口与外接的上位机进行通信，实时传输微控制器的控制情况。

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