Роб Кёртен - Введение в QNX/Neutrino 2. Руководство по программированию приложений реального времени в QNX Realtime Platform

Мы рассмотрели функции QNX/Neutrino, ответственные за манипулирование временем, включая таймеры и их применение, а также тайм-ауты ядра. Относительные таймеры обеспечивают генерацию событий «через определенное число секунд», в то время как абсолютные таймеры генерируют события «в определенное время». Таймеры (и, вообще говоря, структура struct sigevent ) могут обеспечить как выдачу импульса или сигнала, так и создание потока.

Ядро создает таймеры, сохраняя абсолютное время, представляющее последующее «событие», в отсортированной очереди и сравнивая текущее время (при помощи обработчика прерываний таймера) с значением, расположенным в голове этой очереди. Когда текущее время становится больше или равно времени, хранящемуся в головном элементе очереди, очередь просматривается на предмет дополнительных совпадений, после чего ядро диспетчеризует события или потоки (в зависимости типа элемента очереди) и, возможно, производит перепланирование.

Для обеспечения поддержки функций энергосбережения вы обязаны отключать периодические таймеры, когда в них нет необходимости, иначе энергосбережения как такового не произойдет — система будет все время думать, что у нее есть работа для периодического выполнения.

В данной главе мы рассмотрим прерывания, как с ними работать в QNX/Neutrino, их воздействие на диспетчеризацию и режим реального времени, а также некоторые стратегии их использования.

Первый вопрос, который приходит на ум: «А что такое прерывание?»

Прерывание — это в точности то, что определяется этим словом — прерывание того, что происходит в данный момент, и переход к выполнению другой задачи.

Например, предположим, что вы сидите за своим рабочим столом и выполняете задание «А». Вдруг звонит телефон — Чрезвычайно Уважаемый Клиент (ЧУК) нуждается в вашем незамедлительном ответе на некий важный вопрос. После того как вы ответите на этот вопрос, вы сможете возвратиться к заданию «А»; впрочем, возможно, что этот ЧУК изменит ваши приоритеты, и вам придется отложить задание «А» и немедленно приступить к заданию «Б».

Давайте теперь рассмотрим это в проекции на QNX/Neutrino.

В любой момент времени процессор занят обработкой готового к выполнению потока с наивысшим приоритетом (этот поток будет находиться в состоянии RUNNING («выполняется»). Чтобы вызвать прерывание, подключенная к шине компьютера аппаратура выставляет сигнал на линии прерывания (в нашей аналогии это был телефонный звонок).

Как только сигнал прерывания выставлен, ядро переключается на участок кода, который настраивает окружение для выполнения подпрограммы обработки прерывания (Interrupt Service Routine — ISR) — кода, который определяет, что должно происходить при обнаружении прерывания.

Интервал времени от момента установки аппаратурой сигнала прерывания до выполнения первой инструкции обработчика прерываний называют временем реакции на прерывание . Время реакции на прерывание измеряется в микросекундах. Различные процессоры характеризуются различными временами реакции прерывание; это зависит от быстродействия процессора, архитектуры кэша, быстродействия памяти, и, конечно, от эффективности операционной системы.

В нашей аналогии, если вы, например, слушаете музыку в наушниках и не слышите телефонного звонка, вам потребуется больше времени, чтобы обратить внимание на это «прерывание». В QNX/Neutrino может происходить то же самое, поскольку существует инструкция процессора, которая блокирует прерывания (для процессоров x86 это инструкция cli ). Процессор не будет обращать внимание на какие бы то ни было прерывания до тех пор, пока они не будут разблокированы (инструкция sti для семейства x86).

Чтобы избежать процессорно-зависимых вызовов на ассемблере, QNX/Neutrino обеспечивает четыре функции: InterruptEnable() и InterruptDisable() , и InterruptLock() и InterruptUnlock() . Эти функции принимают на себя все заботы о низкоуровневых деталях всех поддерживаемых платформ.

Обработчик прерывания (ISR) обычно выполняет минимально возможный объем работы и завершается (в нашей аналогии это был бы краткий разговор по телефону с ЧУКом — не заставлять же заказчика ждать на линии несколько часов, пока мы сделаем работу! Достаточно сказать: «Не беспокойтесь, все будет сделано!»). Когда обработчик прерывания (ISR) завершается, он может либо сообщить ядру, что ничего больше делать не надо (это означает, что обработчик прерываний полностью завершил обработку события), либо что ядро должно выполнить некоторое действие, вследствие которого некий поток может переключиться в состояние READY («готов»).