3.4 資源并發(fā)視圖

　　本系統(tǒng)中任務(wù)間資源共享的方式主要有兩種：共享內(nèi)存和消息隊(duì)列。圖4和圖5分別對(duì)這兩種資源共享方式采用并發(fā)視圖進(jìn)行了分析。

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　　圖4 共享內(nèi)存訪問并發(fā)視圖

　　共享內(nèi)存對(duì)于大規(guī)模的數(shù)據(jù)共享非常適用，這里討論的是RTAI提供的實(shí)時(shí)SHM。RT_SHM并沒有提供任何互斥機(jī)制來控制實(shí)時(shí)進(jìn)程和非實(shí)時(shí)進(jìn)程訪問同步性(對(duì)于實(shí)時(shí)任務(wù)或非實(shí)時(shí)任務(wù)之間的共享有保護(hù)措施，故不再考慮)，雖然可以自己實(shí)現(xiàn)一些lock機(jī)制來控制，但是考慮到內(nèi)核任務(wù)的優(yōu)先級(jí)遠(yuǎn)高于用戶任務(wù)，即實(shí)時(shí)任務(wù)從來不會(huì)被非實(shí)時(shí)任務(wù)中斷，所以實(shí)時(shí)任務(wù)對(duì)共享區(qū)寫數(shù)據(jù)時(shí)永遠(yuǎn)是一次性寫完所有模塊信息，而且這些數(shù)據(jù)的時(shí)間戳是一致的，可以保證數(shù)據(jù)的正確性(如圖4)；而非實(shí)時(shí)任務(wù)讀共享數(shù)據(jù)時(shí)是可能發(fā)生過程中被中斷的情況，導(dǎo)致可能一次讀取的模塊數(shù)據(jù)的時(shí)間戳不一致。但實(shí)際中寫進(jìn)程的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于讀進(jìn)程的速度，同時(shí)考慮到實(shí)際運(yùn)行時(shí)模塊數(shù)據(jù)變化是連續(xù)的，同一模塊不同時(shí)間戳采集的數(shù)據(jù)變化率不會(huì)很大，而現(xiàn)階段讀進(jìn)程只要滿足用戶需要的刷新頻率(QoS)就足夠了，所以對(duì)于數(shù)據(jù)部分丟失現(xiàn)階段并不可惜。

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　　圖5 消息隊(duì)列訪問并發(fā)視圖

　　消息隊(duì)列提供了一種傳輸多條消息的機(jī)制。如圖5所示，Sender線程因響應(yīng)evRun事件而運(yùn)行。Sender類調(diào)用rQueue::insert()操作，并鎖定信號(hào)燈。在rQueue::insert()操作過程中，該線程被更高優(yōu)先級(jí)的Receiver線程中斷。Receiver試圖檢查在其隊(duì)列中新加入的消息。它調(diào)用rQueue::remove()，同時(shí)試圖鎖定信號(hào)燈。如果失敗，Receiver自動(dòng)掛起或被阻塞，因?yàn)樾盘?hào)燈已經(jīng)被鎖定到Sender線程，這使得Sender線程繼續(xù)工作，完成store()操作。一旦完成，rQueue類釋放它的信號(hào)燈。它將解除對(duì)Receiver線程的阻塞，Receiver線程這時(shí)可以鎖定信號(hào)燈，讀取等待在隊(duì)列中的消息，解除信號(hào)燈的鎖定，處理收到的消息。

　　4 系統(tǒng)仿真平臺(tái)

　　通過應(yīng)用ERTSDP模式對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)分析、設(shè)計(jì)以及實(shí)現(xiàn)，滿足了用戶預(yù)期的需求。為了對(duì)系統(tǒng)功能、性能進(jìn)一步驗(yàn)證，搭建了系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)(如圖6)。圖中標(biāo)注為NetWeb的模塊就是系統(tǒng)的嵌入式裝置，這一模塊內(nèi)部是net-start開發(fā)板，操作系統(tǒng)是嵌入式實(shí)時(shí)Linux，子系統(tǒng)NetWeb的所有功能就運(yùn)行其上。并排的五個(gè)模塊都是NetIO模塊，分別連接有不同的輸入/輸出信號(hào)，可以看到它們是通過RS－485與NetWeb相連。AI模塊通過傳感器采集到燈泡(圖中$圓圈)的溫度值，根據(jù)溫度的高低決定是否啟動(dòng)DO模塊輸出控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)AO模塊可以根據(jù)用戶需求，經(jīng)由可控硅的控制可變電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)燈泡的亮暗程度。

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　　圖6 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

　　5 結(jié)論

　　本文提出的設(shè)計(jì)模式ERTSDP是一種構(gòu)建系統(tǒng)的完整解決方案，旨在為典型的嵌入式實(shí)時(shí)應(yīng)用提供分析設(shè)計(jì)的模型。實(shí)踐證明這一模式非常適用于實(shí)時(shí)性、可靠性的描述，可以有效地提高嵌入式實(shí)時(shí)領(lǐng)域軟件的開發(fā)速度，并使軟件的質(zhì)量得以保證。

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