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利用多線程思想實現單片機系統的偽并行處理

作者: 時間:2012-03-23 來源:網絡 收藏

1.開始后,主CPU發給從CPU1一個信號,從CPU啟動對象M1進行動作17,并由從CPU向主CPU返回一個信號。主CPU收到信號后,置起標志1。當對象M1進行完動作17后,從CPU向主CPU發出信號,CPU將標志1清掉。

2.開始后,主CPU發給從M2一個信號,從CPU啟動對象M2。從CPU向主CPU不斷查詢標志1。當標志1被清掉后,從//控制對象2執行動作23。

3.開始后,主CPU發給從CPU一個信號,從CPU啟動對象M3和對象M4。執行動作25,然后開電磁閥6,然后延時1秒,關電磁閥6,執行動作24,然后執行動作26,等////1的動作17完成后,啟動步進電機20,執行動作25,等等。

如上所說, 主CPU設置了多個標志位用以跟蹤各個的運行情況。并用這些標志位承擔了各個相關之間的通訊。凡是運行到與其他線程相關的地方都會在主CPU 內設置一個標志位以供其它相關線程查詢。而那些不相關的線程可以完全獨立運行。相關線程除了需檢測標志的部分,其他部分也可獨立運行。

這種多CPU控制的作法運作方式。但多CPU的控制方案成本幾乎是成倍提高,而且在硬件的基礎上的多CPU之間的通訊花費時間稍長。并且容易有干擾。

方案二(作者推薦): 另一種的方法是在軟件的層面上模擬多cpu的運作。從而實現的偽.這種實現方法借鑒了計算機實現多線程的編程方法。

多線程編程編程,即:同時給CPU分配了幾個任務或線程。當然計算機 CPU實際上不可能同一時間做幾件事,而是把時間分到不同的線程,使每個線程都有點進展。如果一個線程無法進行,比如線程要求的鍵盤輸入尚未取得,則轉入另一個線程的工作。通常,CPU在線程間的切換非常迅速,使人們感覺好象所有的線程是同時進行的。

多線程編程中有一個很重要的環節:各個線程之間的通訊與控制問題

在多線程編程中,每個線程都用編碼提供線程的行為,用數據供給編碼操作。多個線程同時同一編碼和數據,不同線程可能各有不同的編碼和數據。事實上,編碼和數據部分是相當獨立的,需要時即可向線程提供。因此經常是幾個線程使用同一段編碼和數據這就會出現下面的情況

當一個線程在調用數據時,另一個線程可能正在修改這些數據。則前一個線程所調用的數據出現了不確定性。這會影響整個運行結果。為了避免這個問題,多線程編程中,各個線程之間通訊和控制尤為重要。在將多線程的控制移植時,這點要非常注意。因為多線程運作的實現從其最基本的層面看仍然是單線程的操作;他的實現歸根結底是了計算機的高速度。它將運行的基準時間分成了許多時間片,將各個時間片分給不同的線程,如此一來在一個基準時間內各個線程全都向前行進了一步,然后運行下一個基準時間,周而復始。這樣在用戶層的角度看來,各個線程是同步進行的。只要速度夠塊,時間片的劃分不會影響用戶層面上的應用,這樣就可以實現多線程的操作。近年來單片機速度的大幅度提升,這就使多線程向單片機控制系統的移植成為可能。

在整個項目中全部的輸入信號共39個;同時查詢的對象最多時有61個系統要求以步進電機最快的速度打拍。時間約40us---60us,為了保證步進電機打拍的穩定性和靈活性。我選用了DSP內部的一個定時器,定時時間為打拍時間的1/3—1/5。設定為10us中斷。這個時間為整個系統運行的基準時間。在這段時間內,系統要查詢一遍所有對象并向相應的步進電機打拍。在一些線程中還需要采樣多次。換句話說,在這個系統時間內。所有線程都要向前行進一步。

就像計算機一樣,將這個基準時間分為多個時間片。將各個時間片分給不同的線程,在這種情況下,各個線程的執行是間斷的。這與用硬件模擬多線程有本質的不同。像這樣既要應用各線程執行的間斷性,又要保證各線程運行的連續性。這對軟件的設計有了很高的要求,這同時也是單片機控制系統用軟件模擬多線程方法中的難點之一,為了解決這個問題,可在個線程自帶線程進度指示器用來標志線程的運行進度,即用一個變量記載線程的每一步;如圖2

45.gif
圖2

系統設定線程進度指示器用來指引線程的連續運行,同時在一個中斷中輪詢所有對象。其編程結構大致如下:

時鐘中斷:
線程1:
線程進度標志:
1: ;
2: ;
3 ;

線程2:
線程進度標志:
1: ;
2: ;
。。。。。。。。

用軟件模擬多線程還有很多要注意的地方。

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