CN1360696A - 多任务处理软件体系结构 - Google Patents

Abstract

本发明与一个包括用于停止第一个任务直到预定义事件集合中的一个事件发生时为止的信号量方法的计算机程序产品有关。该计算机程序产品包括与所述第一个任务相关的用于接收数据以由该任务处理的特定的消息文件。所述预定义事件集中一个事件的发生导致一块数据被写入其中一个相关消息文件。依照本发明的计算机程序可以通过使用任何有基本同步工具的操作系统来实现。这些同步工具包括用来使任务等待一个像由其他任务执行的信号量释放这样的单独事件的信号量方法。它们也包括用于在与第一个任务相关的消息文件中的数据写入(消息接收)过程中临时阻塞从中断处理器来的“中断”。本发明实际上提供了一个等价于“选择机制”但只使用非常基本的同步工具以适用于嵌入式系统的机制。

Description

多任务处理软件体系结构

本发明涉及计算机系统以及用于计算机系统的软件体系结构。特别是包含用于停止一个任务直到一个预定义的事件集合中的一个事件发生为止的信号标志装置的软件体系结构有关。

欧洲专利申请592117A2描述了用于实时和多处理器应用的操作系统中的异步进程间通信排列。

本发明的目标是提供将实时应用的一个计算机程序产品，它采用一个适用于如嵌入式系统的廉价的操作系统。

依照本发明，在开始段中定义的计算机程序的特征是计算机程序包含与所述第一个任务相关用于接收数据以被其处理的特定的消息文件，所述预定义事件集合中的一个事件的发生导致一块数据被写入其中一个相关消息文件。所述预定义事件的结果可能包括，例如，从另一个任务或一个中断处理器向其中一个特定的消息文件写入。后者可以被导致当前任务被一个中断处理器停止或“中断”以处理硬件中断的一个硬件中断(IT)触发。依照本发明的计算机程序可以使用有基本同步工具的任何操作系统来实现。这些同步工具包括用来使任务等待一个像由其他任务执行的信号标志释放这样的单独事件的信号标志装置。他们也包括用于在与第一个任务相关的消息文件中数据写入(消息接收)的过程中临时阻塞从中断处理器来的“中断”的阻塞机制。“中断”这个词被放在引号中以区分它与由从硬件中断来的中断处理器引起的“中断”，该硬件中断由中断处理器处理并且是软件“中断”的来源。用于临时阻塞从中断处理器来的“中断”的阻塞机制允许在被送往第一个任务的消息的相应数据的存储过程中防止存储器冲突。嵌入式系统更适宜用简单的操作系统(OS)来实现。这些操作系统通常不包含像“选择”装置这样用来使任务的执行依赖于从任务和中断处理器这样的不同执行实体而来的几个事件的复杂的同步工具。相反，复杂的操作系统通常包括一个使用文件描述符的“选择”机制，它允许停止一个任务(也就是说，让一个任务睡眠)直到一个预定义的事件发生为止。在一个文件中的数据写入是一个事件的例子。这意味着包括文件处理装置的操作系统更复杂了。这样，它们就不适合用在嵌入式系统中。实际上，本发明提供了一个等价于“选择机制”但只使用非常基本的同步工具使之适用于嵌入式系统。

本发明的另一个优势与下列方面有关。一个中断处理器，相对于一个任务它的性能很差，可以直接向例如简单的FIFO(先进先出)数据结构类型的消息文件中写入。由于在这样一个消息文件中写入数据充分要求指针操作，这可以由中断处理器来执行(也可以由一个任务)。在使用文件描述符的复杂操作系统中，中断处理器不可能向一个文件中写入。实际上，在这种情况下，数据写入需要比指针操作复杂得多的动作以至于不能被中断处理器执行。通过使用一个被称为消息文件的与任务相关的简单的数据结构，本发明允许任务直接从中断处理器和其它任务接收消息，这是非常有趣的。

本发明和附加的特征，它们可以被随意用于有利地实现本发明，从下面所描述的附图来看非常明显并且将通过对这些附图的引用来加以阐明。

图1是描述本发明的概念上的图表。

图2是依照本发明的计算机系统的方块图。

图3是依照本发明的一个电子设备的方块图。

图4描述了一个依照本发明的方法。

图1描述了依照本发明并有用于关于一组预定义事件来同步第一个任务F1的软件体系结构的计算机程序产品。预定义的事件可以引起由F2和F3指示的任务或由IT1和IT2指示的中断处理器(IT处理器)的执行。任务和中断处理器由图2中描述的微处理器执行。IT处理器处理硬件中断，任务由微处理器依照程序执行。

由MF1到MF3指示的消息文件与第一个任务F1相关联以接收由预定义事件的发生引起的消息。像图1中所示，中断处理器IT1和IT2被保留用于消息文件MF1，任务F2和F3被分别保留用于消息文件MF2和MF3。依照本发明的一个优化实施方案，可以给消息文件分配优先级。有高优先级的消息文件可以比低优先级的消息文件优先被执行。更可取地，与中断处理器相关联的文件也就是MF1被赋予了一个比与任务相关联的文件MF2和MF3更高的优先级。

消息文件可以是一个简单的数据结构，例如像FIFO这样其中数据只通过操纵指针就可以被存储和取出，也就是说非常的快。FIF0是一个非限制性的例子。许多其它的数据结构也可以被用来实现消息文件，倘若它们可以被随后描述的中断处理器访问。在这些消息文件的其中一个当中写入可以从中断处理器IT1或IT2以及任务F2或F3来执行。因为这些写入只要求在用于存储器分配的存储器表上的指针操作，这只占用几个微秒。因此那些功能很差的中断处理器也可能引起在这些消息文件中的数据写入。如果没有这样一个与第一个任务相关联的数据结构，将必须有一个特定的额外任务来处理从中断处理器来的消息，这些消息是指定给第一个任务的。

本体系结构包括用于停止第一个任务F1(该任务被称为是等待信号标志S)直到预定义事件集合中的一个发生为止的信号标志装置，由S标识。该事件可以引起在从一个中断处理器或一个任务来的消息文件中写入。写入也可以引起信号标志的释放。信号标志装置包括一个计数器，当所述预定义的事件集合中的一个发生时它被增加1.这样第一个任务F1等待信号标志到预定义事件集合中的一个发生为止。事件的发生唤醒用于执行关于已发生事件的特定程序的任务。信号标志的计数器在相关文件的任何一个中接收到一个消息时被增加1.计数器指示还有多少个消息尚未被任务F1读取。当有一个消息被任务F1读取时，计数器被递减1.

所有接收到的消息被实际物理存放在一个预先分配的存储器表或文件中。为每个消息文件分配一个存储器单元链，它包含每个文件中的所有已接收的消息。包含在消息中的信息可以通过访问相应链的第一个单元的地址来得到。

当收到一个新消息时，一个空闲单元被分配给新消息。为了避免同时为两个不同目的分配一个空闲单元，有必要在消息接收期间临时阻塞“中断”以确保分配完成。操作系统中通常包括一个阻塞机制。这里它被用于在消息接收过程中，也就是说，在其中一个消息文件中的数据写入过程中，临时阻塞从中断处理器IT1和IT2来的“中断”。事实上，阻塞中断防止任务和中断处理器给当前任务的处理设定优先级。如前所述，存储器分配占用很少的时间。中断只需要被阻塞几毫秒，这对实时应用来说通常是可以接受的。

当没有新消息被接收时，第一个任务等待它的信号标志S直到一个事件从任务或中断处理器之一发生。这由从一个大黑点开始的点线箭头11描述。一个事件的发生导致特定的数据被写入保留的文件中，这由实箭头12描述。引起所述数据写入的任务或中断处理器也引起信号标志S被释放并且它的计数器被递增。这意味着在其中一个相关消息文件中有一个新消息被接收。信号标志的释放由点线箭头13指示。当释放信号标志S时，第一个任务F1被唤醒以恢复执行。

依照本发明的一个优化实施方案，一旦第一个任务被唤醒，它就开始浏览有最高优先级的消息文件以检查其中是否还有未读出的消息。然后它按照那些其中有消息被接收的文件的给定优先级的顺序读取并处理消息。像图1中所示，任务F1开始在有最高优先级的消息文件MF1中读取消息。一旦一个消息被读出，信号标志的计数器就被递减。读过程由从一个大黑点开始的实箭头14描述。

如果信号标志的计数器为正值(或依赖操作系统中信号标志的实现而等于0)，则至少在一个相关消息文件中有未读出的消息。这种情况下，第一个任务持续地读出和处理已接收的消息。一旦计数器变成负值(或等于0，这种情况下前述中不包括0)，第一个任务被称为是被阻塞在它的信号标志上直到一个新消息到达并引起计数器再次成为正值为止。与和第一个任务F1一起被描述的机制相同的机制可以与任务F2和F3一起被实现。

此前描述的机制导致一个任务，图1中所示的第一个任务F1，被停止直到预定义事件集合中的一个发生。这些事件可以由任务的执行引起，如F2和F3，或者由中断处理器的执行引起，如IT1和IT2.该机制基于与第一个任务相关用于从其它任务或中断处理器接收消息的消息文件的实现。在消息的写入过程中中断被临时阻塞以防止存储器冲突。

图2是一个描述用来实现图1中所示的软件体系结构的计算机系统的方块图。它包括一个嵌入在设备中的微处理器uP。它执行预先存储的程序以控制该设备。程序包括由关于该程序的调度器SCHED控制的任务21.标识为ITs的中断可以由硬件组件产生。在串行线上一个ASCI字符的到达也可以产生一个中断。中断首先由中断服务器IT SERV处理。它根据中断源选择一个合适的中断处理器25。随后，中断处理器处理中断。在图2中，中断处理器和任务被描绘在微处理器模块中。这只意味着它们由微处理器执行。然而，与任务和中断相关的代码可以被存储在处理器之内或处理器之外的任意存储器位置。特定的存储器装置也被按照代表对应于消息文件MF1，MF2和MF3或图1中所描述的信号标志装置的存储器单元的一块MEM的形式来指示。消息文件和信号标志装置也可以被存储在分离的存储器装置中。

依照本发明的一个电子设备的例子的方块图被显示在图3中。它用图解显示了一个电视接收和解码设备，或置顶盒，想要接收有线或卫星音频和视频交互式节目。

图3中描绘的电子设备包括一个有一频率转换模块，一个调谐器TUN和一个中间频率放大器IF的抛物形天线。中间频率放大器IF提供一个输出信号，它在一个模/数转换器A/D中被转换成数字值随后由解调器DEM解调制。最后，特定的错误在一个纠错器F.E.C.(“ForwardError Correction”)中被纠正。

下面描述的是一个非限制性例子：设备的输入被同样连接到如电缆或赫兹分布系统上，这种情况下模块TUN，IF，A/D和DEM可以不同。

在纠错器F.E.C.的输出处解调制后的信号是MPEG-2 TS(MPEG-2传输流)信号。这个信号包括几个带有声音和数据的程序，它可以在一些情况下被复合。

在最简单的情况下，这个MPEG-2传输流信号被通过一个并行连接32直接提供给一个分解的，有限制的访问和多路分解集成电路33.信号在分解电路DSC中被分解，通过总线被传送给微处理器uP，再通过总线传送给信号分离器DEMUX。信号分离器从MPEG-2传输流信号选择一个程序。这个程序在数字形式下适用于视频解码器35和音频解码器34。随后，这些解码器提供模拟信号以分别在屏幕上投出一幅图片和从扬声器产生声音。这些解码器后面分别跟连接到外部电视机的音频和视频电路36，37。这里所描述的设备也可以是被设计为连接到外转电视监视器或经典的电视机的盒子。作为选择，所有这些电路也可以被结合在一台电视机中。

图1中所示的软件体系结构可以被实现在如分解的，有限制的访问的微处理器模块和多路分解集成电路33中。中断IT1和IT2可以由，例如，串行线(未显示在图中)上一个用于制造过程中测试目的的ASCI字符的存在而引起。中断也可以由置顶盒正常工作过程中一个远程控制代码RC6的存在而引起。中断也可以由信号分离器DEMUX入口处数据组的存在引起。举例来说，第一个任务F1可以等待一个从其它任务F3来的TCP/IP栈。

下面描述本发明的一个有利的应用。依照这个例子，预定义的事件引起在与第一个任务相关的消息文件中的写入，由其它任务或中断处理器。在后一种情况下，写入由一个将要由合适的中断处理器处理的硬件中断引起。中断处理器可能需要给一个特定任务发送一个消息。例如，如果中断与一个ASCI字符的到达相关，处理这个中断的中断处理器可能需要传递这个ASCI字符给第一个任务。通常，有必要有一个特定的任务来把消息从中断处理器传送到预定的第一个任务。依照本发明，它给任务提供了相关的消息文件，中断处理器可以通过一个与第一个任务相关的保留的消息文件发送它的消息，包括ASCI字符，给预定的第一个任务。第一个任务可以收集从中断处理器来的所有ASCI字符并构造一个字符链。然后，第一个任务可以把整个链传送给需要处理这个字符链的第二个任务。

图4是描述一个依照本发明关于预定义的事件集，标识为E，中的一个的发生同步任务的方法的图表。该方法的步骤被显示在框K0到K4中，其中：

-K0是等待步骤WAIT用于使第一个任务等待一个特定的信号标志直到预定义事件集E中的一个发生，第一个任务与由预定义事件的发生引起的用于接收消息的消息文件相关。

-K1是阻塞步骤“block”，临时阻塞在所述消息的接收过程中从中断处理器来的中断以避免在下述消息接收步骤中的存储器分配冲突。

-K2是消息接收步骤“recept”，在第一个任务的一个相关文件中接收一个消息。

-K3是唤醒步骤“wake”，在预定义事件中的一个发生时唤醒第一个任务。

-K4是读取和处理步骤“R＆P”，读取和处理消息文件中已接收的消息。

Claims (10)

1.一种包括用于停止第一个任务直到预定义事件集合中的一个发生时为止的信号标志装置的计算机程序产品，其特征在于该计算机程序产品包括与所述第一个任务相关的用于接收数据以被该第一个任务处理的特定的消息文件，所述预定义事件集中一个事件的发生导致一块数据被写入相关消息文件的其中一个。

2.权利要求1的计算机程序产品，其中所述预定义事件集包括硬件中断，一个硬件中断导致一个被选中的中断处理器向第一个任务的相关消息文件的其中一个中写入数据，一个阻塞机制被用于在所述消息文件的数据写入过程中阻塞中断。

3.权利要求1或2的任何一个的计算机程序产品，其中所述预定义事件的集合包括至少一个引起第二个任务向其中一个相关消息文件中写入数据的事件。

4.权利要求1到3中的任何一个的计算机程序产品，其中所述消息文件被给予一个优先级用于第一个任务按照文件优先级的顺序来处理相关联的文件中已接收的数据。

5.权利要求4的计算机程序产品，其中有最高优先级的消息文件被分配给中断处理器以从中断处理器中接收数据。

6.权利要求1到5中的任何一个所要求的计算机程序产品，其中所述消息文件包括一个可由指针操作访问的数据结构。

7.用于实现在权利要求1到6的计算机程序的计算机系统，其中所述系统包括：

-用于执行至少包括第一个任务的多个可调度任务的处理器，

-从所述可调度任务中选择一个以由所述处理器执行的调度程序，

-至少一个中断处理器用来处理中断，

-对应于中断的发生执行特定功能的中断服务器。

8.包括权利要求7的计算机系统的电子设备。

9.一种对应预定义事件集中的一个事件的发生同步第一个任务的方法，该方法包括：

-一个等待步骤，用于使所述第一个任务等待特定的信号标志直到所述预定义事件集中的一个发生为止，所述第一个任务与用于接收消息中数据的消息文件相关，所述数据接收由所述预定义事件集中一个事件的发生引起，

-阻塞步骤，在所述数据的接收过程中临时阻塞中断，

-接收步骤，在其中一个相关消息文件中接收所述数据，

-唤醒步骤，在第一个任务的其中一个相关文件中接收数据时唤醒所述第一个任务，

-读取和处理步骤，由所述第一个任务执行以读取和处理消息文件中已接收的数据。

10.权利要求9的方法，其中所述预定义事件集包括硬件中断。

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