CN111597016B

CN111597016B - 一种系统任务的时间保护方法、系统、存储介质及终端

Info

Publication number: CN111597016B
Application number: CN202010269471.8A
Authority: CN
Inventors: 陈霖雨; 肖海洋
Original assignee: Yanfeng Visteon Electronic Technology Shanghai Co Ltd
Current assignee: Yanfeng Visteon Electronic Technology Shanghai Co Ltd
Priority date: 2020-04-08
Filing date: 2020-04-08
Publication date: 2023-02-14
Anticipated expiration: 2040-04-08
Also published as: CN111597016A

Abstract

本发明提供一种系统任务的时间保护方法、系统、存储介质及终端，所述保护方法包括：判断任务执行过程中是否有中断发生；如果有，开始中断运行时间保护和中断到达间隔保护；当所述任务从就绪状态切换到运行状态时，计算任务的实际运行时间，并将所述实际运行时间与所述任务的运行预算时间作对比，判断所述实际运行时间异常后，执行任务运行时间超时异常处理；当任务从等待状态或挂起状态切换到就绪状态时，计算任务的实际到达间隔时间，判断所述实际到达间隔时间异常后，执行任务到达间隔时间异常处理，所述系统包括中断判断保护模块和任务时间保护模块，可实现对任务时间和中断时间精确计时，能有效的解决背景技术提出的问题。

Description

一种系统任务的时间保护方法、系统、存储介质及终端

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及处理器的控制技术，特别是涉及系统任务的时间保护方法、系统、存储介质及终端。

背景技术

当前PMA项目中，由于项目功能量庞大，系统需要处理的任务及中断数量过多，导致产品功能偶然出现非预期性现象。如：FlexRay不准时导致的空帧，无法唤醒FlexRay总线的现象；CAN,LIN周期不准的现象；当网络占用中断资源禁止中断后，导致底层代码卡死的现象；仪表屏上指示灯闪烁不同步现象；屏幕背光从亮到暗或从暗到亮的渐变过程中，出现屏幕闪烁的现象。调查上述问题时发现，导致这类问题的根本原因就是，任务或中断的实际执行时间超过预期，任务或中断的到达时间过早导致的。

针对任务执行时间需要保护的需求，在Autosar标准中描述了时间保护(TimingProtection)的要求。对时间保护的技术背景和基本原理进行了详细表述(参见AUTOSAR_SWS_OS.pdf 7.7.2Timing Protection)。

当前基于Autosar标准设计的时间保护方案中：

当任务从就绪(ready)状态切换到运行(running)状态时，启动任务运行时间预算计时。

当任务从运行(running)状态切换到就绪(ready)状态时，任务运行时间预算计时暂停，并计算已使用运行时间，如果已使用运行时间大于任务运行总预算时间，系统进行任务运行时间超时异常处理。

当任务从运行(running)状态切换到挂起(suspended)或等待(waiting)状态时，任务运行时间预算计时结束，并计算已使用运行时间，如果已使用运行时间大于任务运行总预算时间，系统进行任务运行时间超时异常处理。

当任务从挂起(suspended)或等待(waiting)状态切换到就绪(ready)状态时，启动该任务到达间隔时间计时，并计算本次任务启动与上一次任务启动的间隔时间。如果间隔时间小于间隔时间预算，系统执行任务到达时间异常处理。

但该方案存在以下缺陷：

任务执行过程中,中断占用的时间被计算到任务执行时间内。若任务执行过程中，中断长时间占用了资源，或者任务执行过程中出现频繁中断。该情况下任务实际执行时间未超过执行总预算时间，时间保护功能却检测该任务执行时间大于执行总预算时间，导致系统错误识别故障的根本原因。

同时，该方案无法计算任务从开始运行到运行结束，任务实际历经的时间。

该方案无法解决背景技术中存在的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种系统任务的时间保护方法、系统、存储介质及终端，在实现对任务执行时间精确计时的同时，还对中断的执行预算时间和到达间隔时间进行监控，又没有给系统的执行时间造成额外负担，能有效的解决背景技术提出的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种系统任务的时间保护方法，包括：

判断任务执行过程中是否有中断发生；如果有，开始中断运行时间保护和中断到达间隔保护；

当所述任务从就绪状态切换到运行状态时，计算任务的实际运行时间，并将所述实际运行时间与所述任务的运行预算时间作对比，判断所述实际运行时间是否异常；在所述实际运行时间异常时，执行任务运行时间超时异常处理，以实现任务运行时间保护；

当任务从等待状态或挂起状态切换到就绪状态时，计算任务的实际到达间隔时间，并将所述实际到达间隔时间与所述任务的到达间隔预算时间作对比，判断所述实际到达间隔时间是否异常；在任务的所述实际到达间隔时间小于任务的所述到达间隔预算时间时，判定所述实际到达间隔时间异常时，执行任务到达间隔时间异常处理，以实现任务到达间隔时间保护。

于本发明的一实施例中，所述中断运行时间保护包括：在中断执行完毕之后，计算出所述中断的实际运行时间，并退出中断，若中断的实际运行时间大于中断执行预算时间，执行中断运行时间异常处理。

于本发明的一实施例中，所述中断到达间隔保护包括：在中断执行开始后，开始中断达到间隔时间计时，计算出所述中断的实际到达间隔时间，若中断的所述实际到达间隔时间小于中断的预算到达间隔时间，执行中断到达间隔时间异常处理。

于本发明的一实施例中，所述任务的实际运行时间计算过程为：获取所述任务的本次运行时间、和所述任务运行时中断运行时间，将所述任务的本次运行时间减去所述任务运行时的中断的实际运行时间，即可得到所述任务的实际运行时间。

于本发明的一实施例中，所述判断所述实际运行时间是否异常的过程为：若任务的实际运行时间大于或等于任务运行预算时间，判定任务实际运行时间异常；若任务实际运行时间小于任务运行预算时间，继续任务运行时间计时，直到任务正常运行完毕。

于本发明的一实施例中，所述任务在运行过程中，被更高优先级的新任务抢占，则所述任务由运行状态切换到就绪状态，所述任务的实际运行时间计时停止，启动新任务的运行时间保护，直到所述新任务运行完毕，再继续执行所述任务并同时继续所述任务的实际运行时间计时。

于本发明的一实施例中，所述任务的实际到达间隔时间为所述任务的开始时间与上一次所述任务的开始时间之差。

本发明提供一种系统，包括：

中断判断保护模块，所述中断判断保护模块包括：判断任务执行过程中是否有中断发生；如果有，开始中断运行时间保护和中断到达间隔保护；

任务时间保护模块，所述任务时间保护模块包括：当所述任务从就绪状态切换到运行状态时，计算任务的实际运行时间，并将所述实际运行时间与所述任务的运行预算时间作对比，判断所述实际运行时间是否异常；在所述实际运行时间异常时，执行任务运行时间超时异常处理，以实现任务运行时间保护；

本发明提供一种存储介质，其上存储有嵌入式程序，该程序被处理器执行时实现上述的一种系统任务的时间保护方法。

本发明提供一种终端，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述存储器存储的嵌入式程序，以使所述终端执行上述的一种系统任务的时间保护方法。

如上所述，本发明所述的一种系统任务的时间保护方法、系统、存储介质及终端，具有以下有益效果：

本发明技术方案在实现对任务执行时间精确计时的同时，还对中断的执行预算时间和到达间隔时间进行监控，又没有给系统的执行时间造成额外负担。在PMA项目中的实践表明，使用该技术成功的解决了总线的延时，总线周期不准，指示灯闪烁不同步，背光闪烁的问题。

附图说明

图1显示为本发明的一种系统任务的时间保护方法的整体工作流程图；

图2显示为本发明的任务状态变迁示意图；

图3显示为本发明的中断状态变迁示意图；

图4显示为本发明的上下文切换控制示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明的完整名称、效果。

如图1至图4所示，本发明是一种系统任务时间的保护方法。包括：

如图2所示，结合任务状态变迁示意图。当任务从“挂起”或者“等待”状态切换到“就绪”状态时，启动该任务的到达间隔时间保护。读取当前计时器时间记为t_task,Frame。然后计算t_task,Frame与该任务上一次开始执行时间的时间戳t_{task,Frame,Stamp}之间的时间差值,得到该任务的到达时间间隔T_task,Frame(若该任务是第一次处于“就绪”状态，这一步不执行)，最后将t_task,Frame赋值给t_{task,Frame,Stamp}，对任务的时间戳进行更新。

任务的到达时间间隔:

如果t_{task,Frame,Stamp}大于等于t_task,Frame:

T_task,Frame＝t_{task,Frame,Stamp}-t_task,Frame

如果t_{task,Frame,Stamp}小于t_{task,Execution,End}:

T_task,Frame＝OVERFLOW_CNT-t_task,Frame+t_{task,Frame,Stamp}

任务的时间戳更新：

t_{task,Frame,Stamp}＝t_task,Frame。

系统运行时，心跳,事件,消息都将触发系统调度执行上下文切换函数。进入上下文切换函数时，系统触发停止任务运行时间保护计时，判断完是否需要进行任务切换后，系统触发开始任务运行时间保护计时。

系统执行上下文切换函数，检测处于“就绪”状态且拥有更高运行优先级的任务，将该任务切换到“运行”状态，启动该任务的运行时间保护。系统触发开始任务运行时间保护计时，读取当前计时器时间记为t_{task,Execution,Start}。

当下次开始执行上下文切换函数时，首先系统触发停止任务运行时间保护计时，读取当前计时器时间记为t_{task,Execution,End}。结合t_{task,Execution,End}与t_{task,Execution,Start}计算任务相对运行时间T_{task,Execution,Total}。结合该任务运行周期内中断运行时间t[running_task_lable]_Execution，得出任务实际运行时间T_{task,Execution}。

记本次上下文切换函数执行间隔内任务运行时间t_{task,Execution}则：

如果t_{task,Execution,Start}大于等于t _{task,Execution,End}:

t_{task,Execution}＝t_{task,Execution,Start}-t_{task,Execution,End}

如果t_{task,Execution,Start}小于t_{task,Execution,End}:

t_{task,Execution}＝OVERFLOW_CNT-t_{task,Execution,End}+t_{task,Execution,Start}

任务相对运行时间：

T_{task,Execution,Total}＝T_{task,Execution,Total}+t_{task,Execution}

任务实际运行时间：

T_{task,Execution}＝T_{task,Execution}+t_{task,Execution}-t[running_task_lable]_Execution

执行完上下文切换函数，确认本次是否进行任务的切换。若本次任务不需要切换，系统触发继续该任务运行时间保护计时，读取当前计时器时间记为t_{task,Execution,Start}。直至再下次开始执行上下文切换函数，进行任务运行时间和任务相对运行时间的计算，直至任务正常运行结束。

若本次任务需要切换，该任务的任务运行时间和任务相对运行时间计算结束后，任务切换到“就绪”状态。完成任务切换后，该任务运行时间保护计时暂停，启动新任务的任务运行时间保护计时。直至该任务重新被切换到“运行”状态，该任务的任务运行时间保护计时继续。

如果T_task,Frame小于预算的到达间隔预算时间，系统执行任务达间隔时间异常处理。如果在T_{task,Execution}计算过程中出现，T_{task,Execution}大于预算的任务执行预算时间的情况，系统执行任务运行时间超时的异常处理。

如图3所示，结合中断状态变迁图，当系统正常运行时，中断处于“中断未激活”状态，当有中断发生时，该中断激活，中断处于“中断激活”状态，读取当前计时器时间记为t_{Isr,Execution,Start}。同时启动该中断的到达间隔时间保护。

中断处于“中断激活”状态后，立即进入“中断运行”状态。直至中断服务程序执行完毕，退出“中断运行”状态，进入“中断未激活”状态。在中断退出“中断运行”状态之前，读取当前计时器时间记为t _{Isr,Execution,End}。从而得出中断运行时间T _{Isr,Execution}和任务运行时间内中断运行时间t[running_task_lable]_Execution。

中断运行时间:

如果t _{Isr,Execution,Start}大于等于t _{Isr,Execution,End}:

T _{Isr,Execution}＝t _{Isr,Execution,Start}-t _{Isr,Execution,End}

如果t _{Isr,Execution,Start}小于t _{Isr,Execution,End}:

T _{Isr,Execution}＝OVERFLOW_CNT-t _{Isr,Execution,End}+t _{Isr,Execution,Start}

任务运行时间内中断运行时间:

t[running_task_lable]_Execution＝t[running_task_lable]_Execution+T _{Isr,Execution}

进入中断到达间隔时间保护时，读取当前计时器时间记为t_Isr,Frame。然后计算t_Isr,Frame与该中断上一次开始执行时间的时间戳t_{Isr,Frame,Stamp}之间的时间差值，得到该中断的到达时间间隔T_Isr,Frame(若该中断是第一次处于“中断激活”状态，这一步不执行)，最后将t_Isr,Frame赋值给t_{Isr,Frame,Stamp}，对中断的执行时间戳进行更新。

中断的到达时间间隔:

如果t_{Isr,Frame,Stamp}大于等于t_Isr,Frame:

T_Isr,Frame＝t_{Isr,Frame,Stamp}-t_Isr,Frame

如果t_{Isr,Frame,Stamp}小于t_{Isr,Execution,End}:

T_Isr,Frame＝OVERFLOW_CNT-t_Isr,Frame+t_{Isr,Frame,Stamp}

中断的执行时间戳更新：

t_{Isr,Frame,Stamp}＝t_Isr,Frame。

如果T_Isr,Frame小于中断到达间隔预算时间，系统执行中断服务程序到达间隔时间异常处理。如果T _{Isr,Execution}大于中断服务程序执行预算时间，系统执行中断服务程序执行时间超时的异常处理。

需要说明的是，本发明所述的实施例中，计数器模块以周期递减技术。例中使用的OVERFLOW_CNT，是计数器最大值同时也是计数器初始值。本发明所述的一种系统任务的时间保护方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。

需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现。例如，x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述一种系统任务的时间保护方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。

例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上一种系统任务的时间保护方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)，或，一个或多个数字信号处理器(Digital Singnal Processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。

一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的一种系统任务的时间保护方法。

本发明的存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的一种系统任务的时间保护方法。所述存储介质包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

本发明的终端，包括：处理器及存储器；

所述处理器用于执行所述存储器存储的嵌入式程序，以使所述终端执行权利要求1至7中任一项所述的一种系统任务的时间保护方法。

所述存储器用于存储嵌入式程序。优选地，所述存储器包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

所述处理器与所述存储器相连，用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行上述的一种系统任务的时间保护方法。

优选地，所述处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central ProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessor，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

需要说明的是，本发明的系统可以实现本发明的一种系统任务的时间保护方法，但本发明的一种系统任务的时间保护方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的系统的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。

综上所述，本发明的完整名称、效果。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims

1.一种系统任务的时间保护方法，其特征在于，包括：

所述中断运行时间保护包括：在中断执行完毕之后，计算出所述中断的实际运行时间，并退出中断，若中断的实际运行时间大于中断执行预算时间，执行中断运行时间异常处理；

所述中断到达间隔保护包括：在中断执行开始后，开始中断达到间隔时间计时，计算出所述中断的实际到达间隔时间，若中断的所述实际到达间隔时间小于中断的预算到达间隔时间，执行中断到达间隔时间异常处理；

当所述任务从就绪状态切换到运行状态时，计算任务的实际运行时间，所述任务的实际运行时间计算过程为：获取所述任务的本次运行时间、和所述任务运行时中断运行时间，将所述任务的本次运行时间减去所述任务运行时的中断的实际运行时间，即可得到所述任务的实际运行时间；并将所述实际运行时间与所述任务的运行预算时间作对比，判断所述实际运行时间是否异常；在所述实际运行时间异常时，执行任务运行时间超时异常处理，以实现任务运行时间保护；

当任务从等待状态或挂起状态切换到就绪状态时，计算任务的实际到达间隔时间，所述任务的实际到达间隔时间为所述任务的开始时间与上一次所述任务的开始时间之差；并将所述实际到达间隔时间与所述任务的到达间隔预算时间作对比，判断所述实际到达间隔时间是否异常；在任务的所述实际到达间隔时间小于任务的所述到达间隔预算时间时，判定所述实际到达间隔时间异常时，执行任务到达间隔时间异常处理，以实现任务到达间隔时间保护。

2.根据权利要求1所述的一种系统任务的时间保护方法，其特征在于，所述判断所述实际运行时间是否异常的过程为：若任务的实际运行时间大于或等于任务运行预算时间，判定任务实际运行时间异常；若任务实际运行时间小于任务运行预算时间，继续任务运行时间计时，直到任务正常运行完毕。

3.根据权利要求1所述的一种系统任务的时间保护方法，其特征在于，所述任务在运行过程中，被更高优先级的新任务抢占，则所述任务由运行状态切换到就绪状态，所述任务的实际运行时间计时停止，启动新任务的运行时间保护，直到所述新任务运行完毕，再继续执行所述任务并同时继续所述任务的实际运行时间计时。

4.一种实现权利要求1所述的系统任务的时间保护方法的系统，其特征在于，包括：

5.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至4中任一项所述的一种系统任务的时间保护方法。

6.一种终端，其特征在于，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序；所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述终端执行权利要求1至4中任一项所述的一种系统任务的时间保护方法。