CN110597601A - 一种控制器任务切换方法、装置、设备及可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制器任务切换方法，包括：在接收到切换指令后，获取当前任务的上下文数据，并将上下文数据保存至任务栈内存和数据备份区中；在接收到重新执行当前任务的信号后，判断任务栈内存中的上下文数据是否被更改；若否，则读取任务栈内存中的上下文数据并执行当前任务；若是，则进行故障记录并报警，从数据备份区中获取上下文数据并执行当前任务；该方法在任务栈内存中当前任务的上下文数据被更改时，从数据备份区中读取上下文数据并执行该当前任务，以保证该当前任务在任务切换前后的上下文数据不变，进而保证控制器运行的安全性；此外，本发明还提供了一种控制器任务切换装置、设备及计算机可读存储介质，同样具有上述有益效果。

Description

一种控制器任务切换方法、装置、设备及可读存储介质

技术领域

本发明涉及控制器领域，特别涉及一种控制器任务切换方法、装置、设 备及计算机可读存储介质。

背景技术

工业控制系统(Industrial Control System，ICS)应用于冶金、化工、建材、 电力等多个行业，由于其控制的设备均为重要的工业设备，因此对安全性具 有很高的需求。控制器是工业控制系统的核心设备，控制器的运行安全在整 个控制系统中占重要地位。

在控制器中，每个任务具备各自独立的栈内存空间，控制器根据各个任 务的优先级高低进行任务切换，而大部分控制器故障均由任务切换导致。例 如，任务切换过程中，首先要将当前任务A的上下文数据保存在当前的任务 栈内存中，然后执行任务B。在任务B执行过程中，出现了栈溢出或者野指 针非法访问等行为改写了任务A的栈中的上下文数据。待下一次任务A得到 调度执行前，操作系统从任务A的任务栈内存中恢复上下文数据，而此时任 务栈内存中的上下文数据实际上已经遭到破坏，任务A执行时必然会造成非 预期的故障结果，进而导致控制故障，对现场人员生命和财产设备安全造成 威胁。目前大多数控制器运行安全方法均从如何提高代码逻辑正确性角度保 证程序的安全性，具体的方法包括通过制定组态编程规范、代码静态走查、 代码动态仿真执行测试等手段保证控制器正常运行。通过这类方法可以在一 定程度上提高代码自身逻辑的正确性，进而提高控制器运行的安全性，但是 依然无法保证代码在控制中执行环境的正确性。

因此，如何解决任务切换执行过程导致任务上下文数据被破坏的问题， 是本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种控制器任务切换方法、装置、设 备及计算机可读存储介质，解决了现有空调巡检方法浪费了大量人力物力的 问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种控制器任务切换方法，包括：

在接收到切换指令后，获取当前任务的上下文数据，并将所述上下文数 据保存至任务栈内存和数据备份区中；

在接收到重新执行所述当前任务的信号后，判断所述任务栈内存中的所 述上下文数据是否被更改；

若否，则读取所述任务栈内存中的所述上下文数据并执行所述当前任务；

若是，则进行故障记录并报警，从所述数据备份区中获取所述上下文数 据并执行所述当前任务。

可选的，在将所述上下文数据保存至数据备份区之后，还包括：

获取所述数据备份区的地址信息，并利用所述当前任务的任务信息和所 述地址信息建立内存管理表项；

将所述内存管理表项保存到内存管理表中。

可选的，还包括：

删除所述当前任务对应的所述内存管理表项。

可选的，在将所述上下文数据保存至任务栈内存和数据备份区之前，还 包括：

计算所述上下文数据的校验标准值，并将所述校验标准值存入所述内存 管理表项中。

可选的，利用独立哈希运算引擎计算所述校验标准值。

可选的，判断所述任务栈内存中的所述上下文数据是否被更改，包括：

计算所述任务栈内存中的所述上下文数据的校验值；

判断所述校验值与所述内存管理表项中的所述校验标准值是否相同；

若相同，则确定所述任务栈内存中的所述上下文数据未被更改；

若不相同，则确定所述任务栈内存中的所述上下文数据被更改。

可选的，还包括：

删除所述数据备份区中的所述上下文数据。

本发明还提供了一种控制器任务切换装置，包括：

备份模块，用于在接收到切换指令后，获取当前任务的上下文数据，并 将所述上下文数据保存至任务栈内存和数据备份区中；

判断模块，用于在接收到重新执行所述当前任务的信号后，判断所述任 务栈内存中的所述上下文数据是否被更改；

第一执行模块，用于若所述任务栈内存中的所述上下文数据未被更改， 则读取所述任务栈内存中的所述上下文数据并执行所述当前任务；

第二执行模块，用于若所述任务栈内存中的所述上下文数据被更改，则 进行故障记录并报警，从所述数据备份区中获取所述上下文数据并执行所述 当前任务。

本发明还提供了一种控制器任务切换设备，包括存储器和处理器，其中：

所述存储器，用于保存计算机程序；

所述处理器，用于执行所述计算机程序，以实现上述的控制器任务切换 方法。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，用于保存计算机程序，其中， 所述计算机程序被处理器执行时实现上述的控制器任务切换方法。

可见，该方法在接收到切换指令后将当前任务上下问数据存入数据备份 区中备份，并在重新执行当前任务前判断任务栈内存中的上下文数据是否被 更改，若被更改，则从数据备份区中读取上下文数据并利用该上下文数据替 换任务栈内存中的数据执行该当前任务，以保证该当前任务在任务切换前后 的上下文数据不变，使控制器利用该上下文数据得到正确的控制结果，进而 保证控制器运行的安全性，保障现场人员生命安全和财产设备安全。

此外，本发明还提供了一种控制器任务切换装置、设备及计算机可读存 储介质，同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面 描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不 付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种控制器任务切换方法流程图；

图2为本发明实施例提供的另一种控制器任务切换方法流程图；

图3为本发明实施例提供的一种控制器任务切换装置结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种控制器任务切换设备结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种控制器任务切换方法流程图；

图6为本发明实施例提供的一种内存管理表示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种控制器任务切换方法流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。 基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，图1为本发明实施例提供的一种控制器任务切换方法流程图。 该方法包括：

S101：在接收到切换指令后，获取当前任务的上下文数据，并将上下文 数据保存至任务栈内存和数据备份区中。

切换指令为操作系统在调度时机(中断、睡眠、输入信号等)，采用基 于优先级抢占的调度算法对任务调度执行所发送的指令，即调整任务的优先 级顺序，并优先执行高优先级任务。本实施例并不限定切换指令的具体内容 和形式，可根据实际情况进行设置。在接收到切换指令后，获取当前任务的 上下文数据，当前任务即为在接收到切换指令时正在执行的任务。本实施例 并不限定上下文数据的具体内容和数量，上下文数据为恢复当前任务执行时 必须的数据，任何可以使当前任务继续执行的数据均可以作为上下文数据。 例如可以为输入数据；或为计算公式。本实施例也不限定上下文数据的格式， 具体格式可以参考相关技术。

在获取当前任务的上下文数据后，可以将该上下文数据保存至任务栈内 存和数据备份区中。任务栈内存为提前设定好的，与各个任务对应的内存块， 用来存储各个任务运行时产生的数据。数据备份区为专门用来对上下文数据 进行备份的区域，不受任务执行时可能产生的栈溢出故障或野指针非法访问 故障等故障的影响。在获取了上下文数据后，将上下文数据存入任务栈内存 中，并在数据备份区中备份。

进一步，为了后续便于调用上下文数据，在将上下文数据存入数据备份 区后，获取数据备份区的地址信息，并利用当前任务的任务信息和地址信息 建立内存管理表项，并将内存管理表项存入内存管理表中。本实施例并不限 定数据备份区地址信息的具体内容和形式，例如可以包括数据备份区的起始 地址和地址长度。本实施例也不限定任务信息包括的具体内容和形式，例如 可以包括任务名称、任务编号或任务ID。任务信息中还可以包括特殊标记， 用来表示本条内存管理表项是否有效，在当前任务没有被重新执行前标记为有效，在当前任务被重新执行后标记为无效。进一步，还可以在当前任务被 重新执行后直接删除本条内存管理表项。内存管理表项中还可以包括其他内 容，本实施例不做限定。请参考图6，图6为本发明实施例提供的一种内存管 理表示意图。

S102：在接收到重新执行当前任务的信号后，判断任务栈内存中的上下 文数据是否被更改。

本实施例并不限定重新执行当前任务的信号的具体类型，任何可以调用 当前任务的上下文数据进而继续执行当前任务的信号或指令均可以作为重新 执行当前任务的信号，例如可以为将当前任务的优先级调节为最高的指令。 在接收到该指令后，判断任务栈内存中的上下文数据是否被更改。具体的判 断方法可以有多种，例如可以将任务栈内存中的上下文数据与数据备份区中 的上下文数据进行对比，若相同，则说明任务栈内存中的上下文数据未被修 改。

进一步，为了提高判断速度和准确率，本实施例优选的，在将上下文数 据保存至任务栈内存和数据备份区中时，计算上下文数据的校验标准值，并 将校验标准值存入内存管理表项中。校验标准值为校验上下文书否被修改的 凭证，这就要求校验标准值能够准确的表示上下文数据的状态。优选的，该 校验标准值可以为哈希值，为了既能够保证计算的安全性，又能够快速计算 哈希值，可以利用独立哈希运算引擎计算校验标准值。具体的，请参考图2， 图2为本发明实施例提供的另一种控制器任务切换方法流程图，包括：

S201：计算任务栈内存中的上下文数据的校验值。

利用计算校验标准值的算法计算任务战内存中的上下文数据的校验值。 优选的，可以利用独立哈希运算引擎计算的校验值。

S202：判断校验值与内存管理表中的校验标准值是否相同。

判断校验值与内存管理表中的校验标准值是否相同，若是，则进入步骤 S203；若否，则进入步骤S204。

S203：确定任务栈内存中的上下文数据未被更改。

当校验值与内存管理表中的校验标准值相同时，可以确定任务栈内存中 的上下文数据并未被更改，可以进入步骤S104。

S204：确定任务栈内存中的上下文数据被更改。

当校验值与内存管理表中的校验标准值不同时，可以确定任务栈内存中 的上下文数据被更改，可以进入步骤S103.

S103：进行故障记录并报警，从数据备份区中获取上下文数据并执行当 前任务。

当任务栈内存中的上下文数据被更改，说明发生了栈溢出故障或野指针 非法访问故障等故障，故对故障进行记录，同时进行报警，提醒控制人员注 意本次故障。同时从数据备份区获取上下文数据并执行当前任务。本实施例 并不限定获取上下文数据的具体过程，例如当数据备份区中仅保存了当前任 务的上下文数据时，直接从数据备份区中读取节课；或者可以读取内存管理 表中与任务信息对应的内存管理表项，获取数据备份区的起始地址和地址长 度，并根据起始地址和地址长度读取上下文数据。在读取了上下文数据后，利用该上下文数据执行当前任务。

进一步，为了提高数据备份区的利用率，在执行当前任务后，删除数据 备份区中当前任务的上下文数据。

S104：读取任务栈内存中的上下文数据并执行当前任务。

当任务栈内存中的上下文数据未被更改时，直接从任务栈内存中获取上 下文数据并利用该上下文数据执行当前任务。

在实际应用中，可以参考图5和图7，图5为本发明实施例提供的另一种 控制器任务切换方法流程图，图7为本发明实施例提供的另一种控制器任务 切换方法流程图。图5为控制器开机后的初始化过程，任务切换钩子用来完 成任务切换的步骤。图7为任务切换的详细步骤，分为三个步骤，步骤1为 上下文数据和校验标准值备份保存过程；步骤2为任务上下文检测过程；步 骤3为任务上下文故障恢复、处理过程。

应用本发明实施例提供的控制器任务切换方法，在接收到切换指令后将 当前任务上下问数据存入数据备份区中备份，并在重新执行当前任务前判断 任务栈内存中的上下文数据是否被更改，若被更改，则从数据备份区中读取 上下文数据并利用该上下文数据替换任务栈内存中的数据执行该当前任务， 以保证该当前任务在任务切换前后的上下文数据不变，使控制器利用该上下 文数据得到正确的控制结果，进而保证控制器运行的安全性，保障现场人员 生命安全和财产设备安全。

下面对本发明实施例提供的控制器任务切换装置进行介绍，下文描述的 控制器任务切换装置与上文描述的控制器任务切换方法可相互对应参照。

请参考图3，图3为本发明实施例提供的一种控制器任务切换装置的结构 示意图，包括：

备份模块100，用于在接收到切换指令后，获取当前任务的上下文数据， 并将上下文数据保存至任务栈内存和数据备份区中；

判断模块200，用于在接收到重新执行当前任务的信号后，判断任务栈内 存中的上下文数据是否被更改；

第一执行模块300，用于若任务栈内存中的上下文数据未被更改，则读取 任务栈内存中的上下文数据并执行当前任务；

第二执行模块400，用于若任务栈内存中的上下文数据被更改，则进行故 障记录并报警，从数据备份区中获取上下文数据并执行当前任务。

可选的，备份模块200，包括：

可选的，还包括：

内存管理表项构建模块，用于获取数据备份区的地址信息，并利用当前 任务的任务信息和地址信息建立内存管理表项；

保存模块，用于将内存管理表项保存到内存管理表中。

可选的，还包括：

内存管理表项删除模块，用于删除当前任务对应的内存管理表项。

可选的，还包括：

校验标准值计算模块，用于计算上下文数据的校验标准值，并将校验标 准值存入内存管理表项中。

可选的，校验标准值模块为利用独立哈希运算引擎计算校验标准值的模 块。

可选的，判断模块200，包括：

校验值计算单元，用于计算任务栈内存中的上下文数据的校验值；

相同判断单元，用于判断校验值与内存管理表项中的校验标准值是否相 同；

第一确定单元，用于若校验值与内存管理表项中的校验标准值相同，则 确定任务栈内存中的上下文数据未被更改；

第二确定模块，用于若校验值与内存管理表项中的校验标准值不相同， 则确定任务栈内存中的上下文数据被更改。

可选的，还包括：

上下文数据删除模块，用于删除数据备份区中的上下文数据。

下面对本发明实施例提供的控制器任务切换设备进行介绍，下文描述的 控制器任务切换设备与上文描述的控制器任务切换方法可相互对应参照。

请参考图4，图4为本发明实施例所提供的一种控制器任务切换设备的结 构示意图，该控制器任务切换设备包括存储器和处理器，其中：

存储器10，用于存储计算机程序；

处理器20，用于执行计算机程序，以实现上述的控制器任务切换方法。

下面对本发明实施例提供的控制器任务切换系统进行介绍，下文描述的 控制器任务切换系统与上文描述的控制器任务切换方法可相互对应参照。

本发明还提供一种控制器任务切换系统，包括故障运维设备、服务器和 上述的控制器任务切换设备。

下面对本发明实施例提供的计算机可读存储介质进行介绍，下文描述的 计算机可读存储介质与上文描述的控制器任务切换方法可相互对应参照。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有 计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的控制器任务切换方法的 步骤。

该计算机可读存储介质可以包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁 碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。 对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述 的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示 例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现， 为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性 地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件的方式来执行， 取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定 的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应该认为超出 本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、 处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存 储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编 程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任 意其它形式的存储介质中。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系属于 仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要 求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且， 术语“包括”、“包含”或者其他任何变体意在涵盖非排他性的包含，从而 使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且 还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或 者设备所固有的要素。

以上对本发明所提供的控制器任务切换方法、装置、设备和计算机可读 存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方 式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心 思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施 方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对 本发明的限制。

Claims (10)

1.一种控制器任务切换方法，应用于DCS控制器，其特征在于，包括：

在接收到切换指令后，获取当前任务的上下文数据，并将所述上下文数据保存至任务栈内存和数据备份区中；

在接收到重新执行所述当前任务的信号后，判断所述任务栈内存中的所述上下文数据是否被更改；

若否，则读取所述任务栈内存中的所述上下文数据并执行所述当前任务；

若是，则进行故障记录并报警，从所述数据备份区中获取所述上下文数据并执行所述当前任务。

2.根据权利要求1所述的控制器任务切换方法，其特征在于，在将所述上下文数据保存至数据备份区之后，还包括：

获取所述数据备份区的地址信息，并利用所述当前任务的任务信息和所述地址信息建立内存管理表项；

将所述内存管理表项保存到内存管理表中。

3.根据权利要求2所述的控制器任务切换方法，其特征在于，还包括：

删除所述当前任务对应的所述内存管理表项。

4.根据权利要求2所述的控制器任务切换方法，其特征在于，在将所述上下文数据保存至任务栈内存和数据备份区之前，还包括：

计算所述上下文数据的校验标准值，并将所述校验标准值存入所述内存管理表项中。

5.根据权利要求4所述的控制器任务切换方法，其特征在于，利用独立哈希运算引擎计算所述校验标准值。

6.根据权利要求4所述的控制器任务切换方法，其特征在于，判断所述任务栈内存中的所述上下文数据是否被更改，包括：

计算所述任务栈内存中的所述上下文数据的校验值；

判断所述校验值与所述内存管理表项中的所述校验标准值是否相同；

若相同，则确定所述任务栈内存中的所述上下文数据未被更改；

若不相同，则确定所述任务栈内存中的所述上下文数据被更改。

7.根据权利要求6所述的控制器任务切换方法，其特征在于，还包括：

删除所述数据备份区中的所述上下文数据。

8.一种控制器任务切换装置，其特征在于，包括：

备份模块，用于在接收到切换指令后，获取当前任务的上下文数据，并将所述上下文数据保存至任务栈内存和数据备份区中；

判断模块，用于在接收到重新执行所述当前任务的信号后，判断所述任务栈内存中的所述上下文数据是否被更改；

第一执行模块，用于若所述任务栈内存中的所述上下文数据未被更改，则读取所述任务栈内存中的所述上下文数据并执行所述当前任务；

第二执行模块，用于若所述任务栈内存中的所述上下文数据被更改，则进行故障记录并报警，从所述数据备份区中获取所述上下文数据并执行所述当前任务。

9.一种控制器任务切换设备，其特征在于，包括存储器和处理器，其中：

所述存储器，用于保存计算机程序；

所述处理器，用于执行所述计算机程序，以实现如权利要求1至7任一项所述的控制器任务切换方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于保存计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的控制器任务切换方法。