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關(guān)鍵詞：
Windows
Embedded
Compact
- 摘要：本文介紹了Windows Embedded Compact 實(shí)時(shí)調(diào)度的定義、軟硬件平臺搭建及程序運(yùn)行設(shè)置等，可供學(xué)習(xí)參考。
實(shí)時(shí)調(diào)度機(jī)制（Real-Time Scheduler）是Windows Embedded Compact區(qū)別于其他所有Windows系統(tǒng)的最顯著特性，同時(shí)也是開發(fā)嵌入式系統(tǒng)時(shí)需要著重考慮的部分。在工程領(lǐng)域?qū)Α皩?shí)時(shí)”的理解，我非常欣賞下面的定義：“一個實(shí)時(shí)系統(tǒng)必須要滿足明確的（受限的）響應(yīng)時(shí)間約束或風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重后果，包括失效狀態(tài)”- 出自于Phillip A. Laplante 《Real-Time System Design and Analysis》所以，一個實(shí)時(shí)系統(tǒng)中執(zhí)行一個代碼必須在規(guī)定的時(shí)間約束內(nèi)有明確的結(jié)果，否則就可能會導(dǎo)致系統(tǒng)失效，實(shí)時(shí)并不一定意味著快速處理能力。而Windows Embedded Compact正符合上述對于實(shí)時(shí)系統(tǒng)的定義，因此為了進(jìn)一步理解，我們首先來了解它的任務(wù)調(diào)度機(jī)制，WinCE的任務(wù)調(diào)度內(nèi)核每隔1ms查詢一次現(xiàn)有任務(wù)并依據(jù)下面兩個原則來決定處理哪個任務(wù)：
a). 具有更高優(yōu)先級的任務(wù)先被執(zhí)行
b). 同樣優(yōu)先級的任務(wù)按100ms時(shí)間間隔（或Task Quantum定義的時(shí)間間隔）循環(huán)輪流執(zhí)行
對于第一條規(guī)則，WinCE提供256個優(yōu)先級等級（0-255），數(shù)字越小優(yōu)先級越高，因此0級為最高優(yōu)先級，關(guān)于優(yōu)先級的應(yīng)用本文不做重點(diǎn)描述，請參考下面文章：
Real-TimePriority System Levels (Windows Embedded CE 6.0)
對于第二條規(guī)則，當(dāng)多個待處理任務(wù)擁有同樣的優(yōu)先級，將按照100ms時(shí)間間隔（可以根據(jù)Thread Quantum自定義）循環(huán)輪流執(zhí)行。例如有N個同樣優(yōu)先級的任務(wù)，當(dāng)?shù)谝粋€運(yùn)行了上述定義時(shí)間片（WinCE稱其為Quantum，如100ms），系統(tǒng)內(nèi)核就會將其中斷然后執(zhí)行第二個任務(wù)，依此類推，直到N個任務(wù)都執(zhí)行過一個Quantum時(shí)間后再重新回到第一個任務(wù)執(zhí)行，如此循環(huán)。任一個線程最多只能運(yùn)行一個Quantum的時(shí)間，除非另一個更高優(yōu)先級的任務(wù)需要占用CPU，則按照第一條規(guī)則，這個線程會被更高優(yōu)先級任務(wù)占用。
下面我們通過兩個例子來驗(yàn)證上述兩個規(guī)則，硬件平臺使用ToradexColibri VF61（NXP/Freescale Vybrid Cortex-A5 ）計(jì)算機(jī)模塊搭配Iris 載板，軟件使用Toradex提供的對應(yīng)此平臺的工業(yè)級的WinCE6OS和GPIO庫。
a). 軟硬件平臺搭建請參考開發(fā)指南，如下圖所示
b). 驗(yàn)證原理為在系統(tǒng)中啟動兩個任務(wù)，第一個任務(wù)驅(qū)動硬件某個GPIO輸出為低電平，而另一個則將同一個GPIO輸出為高電平；再將這兩個任務(wù)的優(yōu)先級分別設(shè)置為相同和不同時(shí)候，通過觀測GPIO連接的示波器輸出來判定上述的兩個調(diào)度規(guī)則。關(guān)鍵代碼如下：創(chuàng)建兩個線程入口函數(shù)ThreadON和ThreadOFF，分別用來將選定的GPIO輸出為高電平和低電平，而從函數(shù)內(nèi)部代碼可見會持續(xù)輸出高電平或者低電平，因此我們通過示波器觀察GPIO管腳的輸出即可得出目前是哪個函數(shù)在運(yùn)行。
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#include
#include"gpio.h"
// ===define constant pins / gpios ===
// SODIMMpin 101
uIo io1 =COLIBRI_PIN(101);
HANDLE hGpio;
HANDLE hThreadON,hThreadOFF;
//defineThreadON
DWORD WINAPI ThreadON( LPVOID lpParam ){
//Set ThreadPriority
CeSetThreadPriority(GetCurrentThread(), 100);
Sleep(5); //Allowthe orther Thread to configure it's PRIO
//FNFINITELOCKING LOOP
while(1){
//Set GPIOlogic high
Gpio_SetLevel(hGpio, io1, ioHigh);
}
return 0;
}
//defineThreadOFF
DWORD WINAPI ThreadOFF( LPVOID lpParam ){
//Set ThreadPriority
CeSetThreadPriority(GetCurrentThread(),100);
//FNFINITELOCKING LOOP
while(1){
//Set GPIOlogic low
Gpio_SetLevel(hGpio, io1, ioLow);
}
return 0;
}
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//Application Entry Point
//
// Thesimple error handling using ASSERT statements is only effective when
// theapplication is run as a debug version.
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int wmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
BOOL success;
// === InitializeGPIO library. ===
// We don't useregistry-based configuration, thus wecan
// pass NULL goGpio_Init()
hGpio = Gpio_Init(NULL);
ASSERT(hGpio != 0);
success = Gpio_Open(hGpio);
ASSERT (success);
// Configure thepin to act as GPIO (as opposed to an Alternate function)
// Set it toOutput, High
Gpio_ConfigureAsGpio(hGpio, io1);
Gpio_SetDir (hGpio, io1, ioOutput);
Gpio_SetLevel (hGpio, io1, ioHigh);
CeSetThreadPriority(GetCurrentThread(),99);
//Create twoconcorrent Threads, one set GPIO to High and other to Low
hThreadON = CreateThread(NULL, 0, ThreadON,NULL, 0, NULL);
hThreadOFF = CreateThread(0, 0, ThreadOFF,NULL, 0, NULL);
//Time to finish the Program
Sleep(3000);
return(TRUE);
}
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c). 首先我們來測試第二條規(guī)則，將兩個任務(wù)的優(yōu)先級設(shè)置為相同值（如上面代碼為100），運(yùn)行程序后示波器圖形如下，可以看到每隔100ms GPIO輸出循環(huán)交替變化，完全符合我們第二條規(guī)則。
d). 然后我們再來測試第一條規(guī)則，如下修改一個任務(wù)（ThreadON）的代碼，將其優(yōu)先級提高到99，另外在循環(huán)中增加一個5ms的暫停時(shí)間。
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DWORD WINAPI ThreadON( LPVOID lpParam ){
//Set ThreadPriority
CeSetThreadPriority(GetCurrentThread(), 99);
Sleep(5); //Allowthe orther Thread to configure it's PRIO
//FNFINITELOCKING LOOP
while(1){
//Set GPIOlogic high
Gpio_SetLevel(hGpio, io1, ioHigh);
Sleep(5);
}
return 0;
}
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e). 運(yùn)行修改后的程序，示波器輸出如下結(jié)果，每隔7ms左右有一個拉高的脈沖，表示每次當(dāng)高優(yōu)先級的任務(wù)（ThreadON）從5ms 暫停時(shí)間恢復(fù)后，都會中斷低優(yōu)先級任務(wù)的執(zhí)行，這樣完全符合第一條規(guī)則的描述。
當(dāng)然，以上所有測試都是基于單核心系統(tǒng)，從Windows Embedded Compact 7 開始，WinCE內(nèi)核提供了對多核心處理器的支持，同時(shí)也有一個新的屬性“affinity”來定義哪一個核心來執(zhí)行哪一個線程，所以如果在多核系統(tǒng)和WEC7上面運(yùn)行上述例子，同時(shí)并未限定線程在同一個核心上面執(zhí)行，則結(jié)果會不同因?yàn)閮蓚€線程會同時(shí)在不同核心上面運(yùn)行。當(dāng)然，其實(shí)正常應(yīng)用情況下我們是不建議設(shè)置“affinity”參數(shù)的，因?yàn)檫@樣就無法使得內(nèi)核調(diào)度來自動安排線程在最先空閑的核心上面運(yùn)行，達(dá)不到降低延遲提高系統(tǒng)性能的要求了。
實(shí)時(shí)系統(tǒng)目前在包括工業(yè)自動化，機(jī)器人和醫(yī)療領(lǐng)域等嵌入式設(shè)備上面有廣泛的需求，因此了解WinCE的實(shí)時(shí)調(diào)度工作機(jī)制以及如何使用線程可以讓我們的應(yīng)用程序?qū)崟r(shí)穩(wěn)定的執(zhí)行，讓我們更高效可靠的利用WinCE搭建我們的實(shí)時(shí)系統(tǒng)！
