25、嵌入式系统实时分析与设计全解析

嵌入式系统实时分析与设计全解析

1. 实时分析概述

实时性能并非追求极致的速度，而是满足需求的同时，将整体成本降至最低。要实现实时操作，需历经理解假设条件、了解系统、挑选合适的实时调度方法以及开展分析以确保能按时完成任务等步骤。

1.1 假设与术语

为确保在各种情况下都能满足实时截止时间，我们需要做出一些假设，尽管这些假设在实际中并非完全成立，但它们是很好的起点：
- 所有任务完全周期性 ：假定有 n 个任务，编号为 {T0, T1, …, TN - 1}，每个任务在其周期内仅运行一次。对于非周期性任务，采用最坏情况（最快）的到达间隔时间；若任务周期长度可变，则使用最快的周期进行调度。
- 所有任务完全独立 ：此假设可避免一个任务阻塞另一个任务的问题。然而在实际中，任何共享资源（如互斥保护的共享变量和多路复用的 A/D 转换器）都会成为问题。若该假设不成立，任务会有非零的阻塞时间，使调度变得复杂。
- 每个任务的最坏情况执行时间已知 ：需知晓每个任务单独执行所需的最长 CPU 时间，即最坏情况执行时间（WCET）。确定 WCET 可能颇具挑战，特别是代码复杂时。可借助一些处理器自带的工具，或通过在实际系统中进行测量来获取。为确保准确性，建议在 WCET 值上增加一定的余量。
- 截止时间大于或等于周期 ：每个任务必须在下一次可运行之前完成执行。若截止时间短于周期，则假设一个更快的周期等于该截止时间，以确保任务能按时完成。
- 任务切换开销为零