Понятие времени в контексте ОСРВ была введена Колином Уоллсом в одной из предыдущих статей (#6), вместе с идеей о связанных со временем механизмах, доступных в ОС.
Тик таймера
Все функции, связанные со временем, управляются аппаратными часами. Это простой осциллятор, который генерирует запросы на прерывание с постоянными интервалами. Чтобы номера тактов имели смысл для прикладных программ, частота генератора должна быть известна.
Обработки таймерных прерываний
Прерывания, генерируемые аппаратным таймером, должны обслуживаться определенным образом в обработчике прерываний (англ. Interrupt Service Routine, ISR), в котором реализованы все функции ОСРВ, связанные со временем. Детали обработчика прерываний таймера в Nucleus SE будут рассмотрены в одной из следующих статей.
А сейчас стоит вкратце рассказать о точности системного таймера.
Точность временных функций напрямую зависит от частоты тактового генератора. Например, если импульсы поступают каждые 10 миллисекунд, а задаче приложения необходима задержка в 100 миллисекунд, ей очевидно нужно 10 импульсов. Однако неизвестно, когда был получен предыдущий импульс: это могло произойти только что или почти 10 миллисекунд назад. Поэтому 100-миллисекундная задержка может занять вплоть до 110 миллисекунд.
Очевидный способ решения этой проблемы — повышение частоты генератора. Если импульсы следуют с интервалами в 1 миллисекунду, 100-миллисекундная задержка никогда не займет больше ста одной миллисекунды. Недостатком такого решения будет то, что обработчика прерываний таймера заберет в 10 раз больше процессорного времени, что будет чрезмерным. Разработчик системы должен найти баланс между необходимой точностью таймера и доступными мощностями процессора.
Как и для большинства объектов Nucleus SE, настройка системного времени по большей части управляется директивами #define в файле nuse_config.h. Основным параметром является NUSE_SYSTEM_TIME_SUPPORT, который активирует механизм поддержки системного времени. Количество объектов указывать не нужно: системное время либо активировано, либо нет.
Выбор ненулевого значения является главным активатором системного времени. Этот параметр используется при определении структур данных, о которых будет подробно рассказано далее в этой статье. Кроме того, ненулевое значение активирует настройки API.
Каждая функция API (служебный вызов) в Nucleus SE имеет активирующую директиву #define в файле nuse_config.h. Для системного времени такими символами являются:
По умолчанию, им присваивается значение FALSE, таким образом все служебные вызовы отключены, блокируя включение реализующего их кода. Для настройки системного времени в приложении нужно выбрать необходимые служебные вызовы API и присвоить им значение TRUE.
Ниже приведен фрагмент кода из файла nuse_config.h по умолчанию.
#define NUSE_SYSTEM_TIME_SUPPORT FALSE /* активирует системное время */
#define NUSE_CLOCK_SET FALSE /* активатор служебного вызова*/
#define NUSE_CLOCK_RETRIEVE FALSE /* активатор служебного вызова */
При попытке использования служебного вызова API системного времени при выключенном активаторе системного времени произойдет ошибка компиляции. Если ваш код использует вызов API, который не был активирован, произойдет ошибка компоновки, так как код реализации не был включен в приложение.
Nucleus RTOS поддерживает два служебных вызова, которые относятся к системному времени и обеспечивают следующий функционал:
С системным временем можно выполнять только операции установки в заданное значение и получения текущего значения. Nucleus RTOS и Nucleus SE предоставляют по два базовых вызова API для реализации этих операций.
Интерпретация значения системного времени зависит от приложения, так как является по своей сути счетчиком количества «тактов» часов, которые произошли с момента последнего сброса счетчика. Для использования этой информации должна быть известна частота генератора.
Системное время использует одну структуру данных (находящуюся в ОЗУ), которая представляет из себя 32-битное слово.
Настоятельно рекомендую, чтобы код приложения не использовал прямой доступ к этой структуре данных, а обращался к ней через предоставляемые функции API. Это позволит избежать несовместимости с будущими версиями Nucleus SE и нежелательных побочных эффектов, а также упростит портирование приложений на Nucleus RTOS. Подробная информация о структурах данных приведена ниже, чтобы упростить понимание работы кода служебных вызовов и для отладки.
Эта структура данных инициализируется нулём функцией NUSE_Init_Task() при запуске Nucleus SE. Одна из следующих статей будет содержать полное описание процедур запуска Nucleus SE.
Как и в случае со всеми другими объектами Nucleus SE, моей целью было обеспечение максимально возможной совместимости кода приложений с Nucleus RTOS. Системное время не является исключением и, с точки зрения пользователя, оно реализовано во многом также, как и в Nucleus RTOS. Вызовы API Nucleus RTOS могут быть напрямую перенесены на Nucleus SE.
В следующей статье мы рассмотрим программные таймеры.
Об авторе: Колин Уоллс уже более тридцати лет работает в сфере электронной промышленности, значительную часть времени уделяя встроенному ПО. Сейчас он – инженер в области встроенного ПО в Mentor Embedded ( подразделение Mentor Graphics). Колин Уоллс часто выступает на конференциях и семинарах, автор многочисленных технических статей и двух книг по встроенному ПО. Живет в Великобритании. Профессиональный блог Колина: https://blogs.mentor.com/colinwalls/, e-mail: colin_walls@mentor.com