VxWorks嵌入式系统几种常用的延时方法

1 taskDelay



    taskDelay(n)使调用该函数的任务延时n个tick(内核时钟周期)。该任务在指定的时间内主动放弃CPU，除了taskDelay(0)专用 于任务调度(将CPU交给同一优先级的其他任务)外，任务延时也常用于等待某一外部事件，作为一种定时／延时机制。在没有中断触发时，taskDelay 能很方便地实现，且不影响系统整体性能。例如写数据至EEPROM，EEPROM需要一个内部擦除时间(最大擦除时间为lOms)。以下所提及的一个 tick都假设为16．67 ms(1／60
s)。可以简单地调用taskDelay(2)来保证数据擦写完成。按理说taskDelay(1)就足以保证，为什么需要taskDelay(2)呢?

  

    这正是taskDelay使用的一个缺陷，使用时需要注意。taskDelay(n)表示任务延时至第n个系统时钟到来的时刻，如图1所示。如果在A时刻 调用taskDelay(1)仅延时5 ms，则在B时刻taskDelay(1)就刚好是一个tick周期。可见需要10 ms的延时就必须调用taskDelay(2)才能实现。taskDelay有接近一1个tick的误差存在，taskDelay(n)实际上是延时 (n-1)tick～n tick的时间。延时精度为l／n，延时1s就是taskDelay(60)的误差极限为1．6％，而taskDelay(1)的误差极限将是100％。

    使用taskDelay需注意的另外一点是：即使经过n个tick，调用延时的任务也不保证返回执行状态，可能有更高或相同优先级的任务占用了CPU。



2 WatchDog



    VxWorks提供了一种通用的看门狗定时器机制。利用提供的函数，任何任务都可以创建一个看门狗定时器，经过指定的延时后，实现在系统时钟ISR的上下 文中运行指定的程序。需要注意的是，看门狗定时触发的程序是在中断级别上执行，而不是在任务的上下文中。因此，看门狗定时挂接的程序编写有一定的限制，这个限制条件与中断服务程序的约束是一样的。比如，不能使用获取信号量的语句，以及像printf()这样的I／O系统函数。  



    通过wdCreate()可以创建一个看门狗定时器。调用wdStart()启动定时器，延时参数同taskDelay一样以tick为单位，同时还须指 定定时完成后要调用的程序。如果应用程序同时需要多个看门狗函数，则应使用wdCreate()产生多个独立的看门狗ID。因为对于给定的看门狗ID，通 过wdStart()只能关联一个看门狗函数。在指定的tick计数到达之前，要取消一个看门狗计时器，可以通过调用wdCancel()实现。每调用一次wdStart()，看门狗定时器只执行一次，因此对于一些要求周期性执行的应用程序，要获得该效果，则定时器函数本身必须通过递归调用
wdStart()来重新启动定时器。 



    如果利用看门狗定时器实现延时，则存在与taskDelay一样的精度上的缺陷，以tick为基准．并且看门狗关联的函数所受的限制很大，这也是使用不便的一个方面。不过启动看门狗的任务不会被阻塞，因为wdStart()调用立即返回并继续执行。



3 sleep／nanosleep  



    sleep()和nanosleep()是VxWorks提供的延时函数接口。sleep以s为单位，nanosleep可以提供更精确的延时；传参是时钟的结构体，参数可以精确到ns，但实际上只能做到大于或等于这个时问。因为skep或nanosleep函数延时的时间基准仍是tick，调用此函数的 任务处于任务延时状态，这点与taskDelay()一致。不同的地方是，taskDelay()是用于任务调度，taskDelay(O)有其自身的含 义，而sleep(O)则是没有意义的。前面提过，taskDelay(n)延时时间为(n-1)tick～ntick，而
sleep／nanosleep则保证实际延时时间大于或等于设定的时间参数。这一点可以通过编写一个测试程序试验证明。代码如下：



    void testTimer(int sec, int nsec){

         struct timespec tm;

         tm.tv_sec = sec;

         tm.tv_nsec = nsec;

         nanosleep(&tm, NULL); //执行延时程序

    }



4 高精度时钟sysTimeStamp

  

    sysTimeStamp()也称“时间戳”。是通过系统时钟实现的。刚开始也觉得费解，系统时钟的定时周期就是tick，怎么实现高精度时钟呢?通过读 BSP底层代码发现，sysTimeStamp其实是通过读取该定时器的当前计数值来获取高精度定时的。通过sysTimestampFreq()函数可 以得到系统时间戳的频率，它往往反映的是CPU定时器的基准频率。当然，如此高的分辨率只能是一个理想值，不同的系统不一定都能实现。毕竟该时间戳的实现方式有一个致命的弱点：通过查询方式。系统时钟定时中断是以ticb：为单位的，进一步提高分辨率读取定时器计数值(CPU的一个特殊功能寄存器)，只能
是查询方式实现。代码示例如下：



    void msDelay(int ms){

       int t, t1, t2;

       t1 = sysTimestamp();       //记录上一轮时间戳

        do{        

            t=0;                  //计数清零

             while(t<sysTimestampFreq()/1000{ //时间戳小于1ms

                  t2=sysTimestamp();          //读取当前时间戳

                  if(t2>t1) t+= (t2-t1);

                  else      t+=t2;

                  t1 = t2;                     //当前时间戳保存到下一轮计算

               }

           }while(ms--);                       //循环ms次

        }

    }



    这种定时方式比较占用系统资源，且只适用于短时间的定时，但是实现方便。为确保定时准确，应在锁定中断情况下调用sysTimestamp；否则，应考虑使用sysTimes-tampLock函数。



5 辅助时钟

  

    辅助时钟是利用目标板上CPU的另一个定时器(除了系统时钟之外)中断实现的。它可以灵活配置实现高分辨率的定时，而且容易实现ms级甚至μs级定时。 VxWorks提供了一系列与系统时钟相同的操作接口，用户可以方便地挂接自己的中断处理函数，时钟分辨率的高低取决于硬件定时器的精度和用户中断函数的长短。要将辅助时钟作为精确的延时机制(如ms级延时)，可以通过这种方式实现。初始化程序先调用SysAuxClkRateSet()函数设置辅助时钟中断周期为1ms(一般在contig．h文件中AUX_CLK_RATE_MIN和AUX_CLK_RATE_MAX之间，对中断频率作了限定，如果需
要可以对此宏定义修改)，再通过ysAuxClkConneet()?将用户处理函数连接到辅助时钟中断上，用户处理函数可以为 SemGive(semTimer)释放一个同步信号量。编写一个msDelay(intms)作为其他任务调用接口，函数代码如下：



void msDelay(int ms){

    int i;

    sysAuxClkEnable();  //启动辅助定时器

    for(i=0; i<ms; i++)

        semTake(semTimer);//等待定时中断释放信号量

    sysAuxClkDisable();  //关闭辅助定时器

}



    这种方式能实现十分精确的定时，调用延时的任务处于任务阻塞状态。但是使用上仍存在缺陷，不能实现多个任务同时调用，且需要CPU的一个时钟资源，如果没有多余的时钟，那么这一方法就不能实现。