【正文】 數(shù)、單位脈沖函數(shù)和正弦函數(shù)。DiscreteClock，位置：；主要參數(shù)：period，offsets，values；端口：4個輸入(觸發(fā)、周期、開始、停止)端口，1個輸出端口。在實際處理系統(tǒng)中，采樣器是由A/D轉換器來實現(xiàn)的。進行系統(tǒng)仿真時，離散信號的連續(xù)化就由零階保持器來實現(xiàn)模擬仿真。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執(zhí)行。 Ptolemy II使用簡介Ptolemy II仿真軟件的使用方法與Matlab的Simulink使用方法相似。Actors存放的是常用仿真actor。接著在Actors庫中選擇對應于目標系統(tǒng)的仿真actor，直接拖到工程區(qū)即可。當涉及到actor和director的功能和參數(shù)時再進行相關文檔的學習。該方法有靜態(tài)優(yōu)先級任務調度算法的系統(tǒng)開銷小，并兼顧了動態(tài)優(yōu)先級任務調度的靈活性兩種優(yōu)點。在實時系統(tǒng)多任務調度中，使用優(yōu)先級周期性互換調度算法條件如下：設：，高優(yōu)先級任務，低優(yōu)先級任務；高低優(yōu)先級任務互換條件：。，任務Task3在20i+10（i=0，1，2…）時刻處若能提高任務Task3的優(yōu)先級別，連續(xù)對任務Task3進行執(zhí)行，那就能大大縮短任務Task3的執(zhí)行時間，以保證在相對截止期內完成任務執(zhí)行。綜上所述，優(yōu)先級周期性互換任務調度算法能較好的改善低優(yōu)先級任務的延遲時間。 PrioritySche組件 TM_CPU_PID組件Const是系統(tǒng)的給定值；AddSubtract是進行輸出與輸入比較；Sampler是采樣器；ZeroOr離散事件rHold是零階保持器；Plant是被控對象所對應的傳遞函數(shù)。第二步：得出當前任務集的任務調度仿真圖。第五步：編寫優(yōu)先級周期性互換任務調度算法的代碼。為了實現(xiàn)高優(yōu)先級任務能盡快被系統(tǒng)響應，搶占式任務調度可以很好的滿足這個要求。對時間片輪轉調度法的基本調度思想和搶占式優(yōu)先級多任務調度算法的結合，通過自己的摸索和仿真得出了優(yōu)先級周期性互換多任務調度算法。為了改善最低優(yōu)先級任務的系統(tǒng)特性，采用優(yōu)先級周期性互換任務調度算法對低優(yōu)先級任務進行優(yōu)先級周期性調整，以減少系統(tǒng)對低優(yōu)先級任務的響應時間。從結果可以看到，優(yōu)先級最低的任務在未使用優(yōu)先級周期性互換任務調度算法之前仿真曲線是發(fā)散的、不可控的。優(yōu)先級周期性互換任務調度算法簡單，結合了靜態(tài)優(yōu)先級任務調度算法易于實現(xiàn)，節(jié)省資源和動態(tài)優(yōu)先級任務調度算法的靈活性的優(yōu)勢，解決了搶占式優(yōu)先級任務調度算法對于低優(yōu)先級任務的大延遲弊端，提高了低優(yōu)先級任務響應的實時性。實時系統(tǒng)為了滿足實時任務嚴格的時間要求，均采用優(yōu)先級驅動多任務調度算法。通過模擬仿真，查看整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性能是否有顯著下降。由于優(yōu)先級周期性互換任務調度算法其實是一種實時多任務系統(tǒng)任務調度的改進算法，它是依賴于其他靜態(tài)調度算法的基礎上而應用的。為了證明周期性優(yōu)先級任務調度算的合理性，在仿真模型中對被控對象不進行建模和數(shù)學抽象，采用現(xiàn)成的數(shù)學模型進行仿真。任務Task2的最大相對截止時間是8，任務Task3的最大相對截止時間是12。由于是靜態(tài)優(yōu)先級搶占式任務調度算法，使得任務Task3大幅度延遲。所以，優(yōu)先級周期性互換任務調度算法不再分析系統(tǒng)所有任務調度的可行性，而是在可調度基礎上來分析使用優(yōu)先級周期性互換任務調度算法的條件。優(yōu)先級周期性互換任務調度算法是在靜態(tài)搶占式優(yōu)先級調度算法上，周期性的互換較高優(yōu)先級任務和較低優(yōu)先級任務之間的優(yōu)先級級別，使的原較低優(yōu)先級任務在一段時間內變?yōu)檩^高優(yōu)先級任務，原較高優(yōu)先級任務則在該段時間內變?yōu)檩^低優(yōu)先級任務。整個設計流程和一般的仿真軟件類似，首先建立工程，再將所提供的組件拖到工程區(qū)，進行參數(shù)調整和信號連接，最后進行仿真。 II創(chuàng)建用戶庫組建建立工程區(qū)在建立工程時，首先選擇待仿真系統(tǒng)的運算域。Directors存放的是各種不同運算域的調度器。七、SchedulePlotterSchedulePlotter，位置：；主要參數(shù)：NONE；端口：NONE。用求和端口的和減去求差端口的差的結果從輸出端口輸出。因為在每一個采樣區(qū)間內連續(xù)的階梯信號的值均為常值，亦即其一階導數(shù)為零，故稱為零階保持器。在嵌入式系統(tǒng)中，一般的控制器都是由微處理器來擔任并完成任務處理。當在觸發(fā)端進行觸發(fā)時，Const將在輸出端輸出value值。函數(shù)發(fā)生器的選擇主要是以系統(tǒng)的特點以及輸入信號類型的實際情況來決定。例如一個角色可以表示從布爾值或整數(shù)值中的某兩位進行搜索來滿足任一的邏輯表達式。端口和參數(shù)語義有很多良好的特性：[51]一個角色的接口或者是它的端口和參數(shù)，是定義非常清晰的部分。因為對同步要求的嚴格，以安全作為關鍵的實時性應用得到了很好的匹配。每一時刻，程序都執(zhí)行在特定的模式P。GiottoGiotto[49]是一種與平臺無關且在特定控制領域應用中具有高水平的編程語言。而控制邏輯是由路徑選擇的數(shù)據(jù)值決定的。另一個主要缺點是,狀態(tài)的數(shù)量可能會很多,甚至是在面對只有稍微復雜一點的系統(tǒng)。有限狀態(tài)機模型很好描述了嵌入式系統(tǒng)中的控制邏輯,尤其是那些安全性為關鍵的系統(tǒng)。當離散時間域中有多個異構模型時，不同的仿真模型采用不同的標記時間間隔。任務P1的優(yōu)先級高于任務P2的優(yōu)先級，并且系統(tǒng)的調度方式是基于優(yōu)先級的搶占式任務調度。系統(tǒng)在同時刻受到多個任務觸發(fā)時，系統(tǒng)的任務調度器就需要為每個任務進行決策調度，并分配資源準備執(zhí)行。連續(xù)時間域的設計應用于與其他Ptolemy II領域的內部操作，例如離散時間域，以解決混合信號的建模。輸入到離散事件模型中的初始事件，需要在各級執(zhí)行體上完成不同的處理流程，最終將正確結果輸出后，并予以銷毀。離散事件域中，事件具有隨機性，事件發(fā)生的時間是無規(guī)律的。圖中SDFDirector是域管理器，域模型是通過域管理器來管理模型中執(zhí)行體間的交互機制，從而實現(xiàn)對整個系統(tǒng)行為的模型化控制。各個計算域都定義了組件或者角色的交互機制，它是一系列角色的執(zhí)行規(guī)則。Ptolemy II的基本設計原理為：使用定義明確的計算模型管理組件間的交互機制。但是該調度算法穩(wěn)定性差，特別是系統(tǒng)中大部分任務都比較靠近最早截止期時，系統(tǒng)會處于頻繁的任務切換中，不利于系統(tǒng)的高效要求。就是當任務的最早截止期小于等于預定的閾值后，系統(tǒng)就不再給該任務重新計算優(yōu)先級，也就是當任務的最早截止期小于等于閾值后就變成固定優(yōu)先級了[3637]。期限最近者優(yōu)先任務調度算法總是調度任務就緒列表中最早達到絕對最后期限的任務。根據(jù)CPU的利用率：上面的例子中，處理器利用率U=100％，顯然處理器的利用率已經滿負荷工作。同時任務P2只能處于就緒列表中，等待處理器空閑。對于單調速率調度算法，下面進行對一個實例分析：設一個任務用參數(shù)表示為P（T，E）。在單調速率調度中，被調度任務集滿足下面的條件，則可調度[33]：這個條件是充分而非必要的，利用單調速率算法調度的必要條件是：。另外，單調速率調度算法是基于優(yōu)先級搶占式任務調度算法，低優(yōu)先級任務在執(zhí)行過程中允許隨時被高優(yōu)先級任務中斷。在這個意義上講，先來先服務任務調度算法又是不公平的。先來先服務調度算法和通常意義上的排隊是一樣的。進入隊列最早的任務首先分配時間片執(zhí)行，如果在給定時間片內任務未執(zhí)行完，任務就被釋放，排列到任務就緒隊列表的最后一個位置，原先的第二個任務開始執(zhí)行，如此往復。二、每個任務在任意時刻最多被分配給一個處理器。一般處理器系統(tǒng)中只有單個處理器時，如何在有限的資源下較好地進行系統(tǒng)中多任務的調度，是一個系統(tǒng)性能好壞的重要指標之一。獨立性任務實時系統(tǒng)中某個功能只需要一個實時任務就可完成，不需要和其他任務之間進行交互。準實時任務允許任務在截止時間內為完成，通過超時完成的任務產生的結果將不再有效。在仿真環(huán)節(jié)，非周期任務的觸發(fā)時間可以通過仿真軟件提供的隨機數(shù)發(fā)生器來產生非周期任務的觸發(fā)時間進行模擬仿真。但是隨著系統(tǒng)復雜性的提高和應用范圍的擴大，目前實時系統(tǒng)還具有如下新特性：多任務類型包括非周期任務、偶發(fā)任務、周期性任務以及非實時任務等多種類型任務混合。實時系統(tǒng)為了避免類似情況的發(fā)生，一般在系統(tǒng)中都設計了采用靜態(tài)分析和冗余配置，讓系統(tǒng)能在最惡劣的復雜環(huán)境中都能正常工作。若不涉及到人身財產等重大安全事故，一般的實時任務被設計為“軟實時”系統(tǒng)便足夠。處理器的利用率越高，所能處理的數(shù)據(jù)量就越大，效率也越高。最壞執(zhí)行時間：指任務在執(zhí)行期間由于各種因素的影響，在最壞的條件（時間延遲）下完成所有功能所耗費的最大執(zhí)行時間值。截止期：任務必須在此時刻之前完成它應該執(zhí)行的所有功能。就緒態(tài)：任務已具備運行條件，等待CPU空閑。不再使用其他文獻中作業(yè)的概念。出現(xiàn)這種結果，用戶最多是不耐煩，但不會出現(xiàn)其他意外。這里就包括了兩個要素：規(guī)定時間內和安全氣囊打開。對當前多任務實時系統(tǒng)的任務調度方法進行分析，并通過仿真軟件Ptolemy II進行實例分析，總結優(yōu)缺點。Ptolemy內部自帶有單處理器多任務調度模塊，直接可以進行任務調度的算法級仿真。由于本論文所研究的對象的特點和項目所處的階段，對于提出的理論需要進行仿真驗證，以加快項目研發(fā)進度和節(jié)約時間成本。主流實時系統(tǒng)中任務調度算法的優(yōu)缺點如下：表1 靜態(tài)優(yōu)先級和動態(tài)優(yōu)先級之間優(yōu)缺點比較算法類別優(yōu)點缺點靜態(tài)優(yōu)先級調度算法系統(tǒng)開銷小低優(yōu)先級別的任務延遲大動態(tài)優(yōu)先級調度算法調度靈活系統(tǒng)開銷大，易出現(xiàn)調度顛簸現(xiàn)象針對上述兩類算法存在的問題提出一種調度策略——優(yōu)先級周期性互換，以滿足系統(tǒng)開銷小，任務調度相對靈活。截止時間越短的任務優(yōu)先級就越高，反之任務的優(yōu)先級就越低。任務調度在操作系統(tǒng)中的地位尤為重要，所以目前針對任務調度所采用的算法已經取得的很多成果。嵌入式微處理器一般具備以下特點：為了實現(xiàn)及時響應和處理，內核對多任務的調度算法和任務間切換時間以及對應于處理實時任務的應用程序的時間降到最低程度，需要處理器有較高的運行頻率和很短的中斷響應時間，以提高對實時多任務的支持能力。WinCE實時操作系統(tǒng)WindowsCE是精簡的Windows 95。目前，RTLinux有一個由社區(qū)支持的免費版本，稱為RTLinux Free，以及一個來自FSMLabs的商業(yè)版本，稱作RTLinux Pro。QNX實時操作系統(tǒng)只提供進程調度、進程間通信、網(wǎng)絡通信和中斷處理等最基本的系統(tǒng)服務，所以它的代碼只有12Kb左右。風河公司專門定制了一套Tornado開發(fā)環(huán)境，便于用戶對VxWorks的開發(fā)。當前市面上出現(xiàn)了一批應用廣泛的專注于嵌入式行業(yè)的實時操作系統(tǒng)，主要有uC/OSIII，VxWorks，WinCE，QNX和RTLinux五類主流嵌入式操作系統(tǒng)。嵌入式實時系統(tǒng)并非局限的就認為是一個嵌入式實時操作系統(tǒng)的內核，當然嵌入式實時操作系統(tǒng)在實時系統(tǒng)中占據(jù)著極其重要的地位。這兩個任務的時限特別重要，一旦時限錯失將會帶來災難性后果。目前這些電子產品與過去有個明顯的區(qū)別就是有內嵌微處理器，也就是常說的嵌入式系統(tǒng)。對于低優(yōu)先級任務在執(zhí)行過程中出現(xiàn)的大范圍延遲問題，在所有實時系統(tǒng)中都是常見的。由于一個系統(tǒng)中集成的功能越來越多，因而需要微處理器處理的任務也隨之增加。在實時操作系統(tǒng)中，都有多個實時任務需要系統(tǒng)調度。該算法的原理來源于非實時系統(tǒng)中時間片輪轉調度算法。例如在汽車的安全氣囊防護系統(tǒng)[1] (Supplemental Inflatable Restraint System，簡稱SRS)。目前對實時系統(tǒng)的定義可以描述為：系統(tǒng)在響應任務請求后，其結果的正確取決于如下兩個方面：第一、一般概念下處理任務邏輯的正確；第二、產生任務結果的時效[610]。高速運行的外圍設備是信號采集和傳輸?shù)闹匾Ｕ?；實時操作系統(tǒng)則是在多任務的運行環(huán)境中按照特定的調度算法找出當前最需要執(zhí)行的任務運行并將結果通過硬件接口輸出。提高產品研發(fā)工作效率，加快新產品的上市和更新?lián)Q代。它在出現(xiàn)短短幾年內，由于開發(fā)環(huán)境友好，支持平臺多，性能出眾等特點，在嵌入式行業(yè)就成了首選的操作系統(tǒng)。RTLinux實時操作系統(tǒng)RTLinux是real time linux的簡稱。讓更多的人了解到實時操作系統(tǒng)的內核，并出現(xiàn)了一批專門研究研究人員對uC/OS現(xiàn)有調度策略的基礎上進行算法改進。WinCE來源于大家最熟知的Windows操作系統(tǒng)，目前內部已經集成了大約五百個Win32 API函數(shù)，并且提供和PC機環(huán)境相當?shù)淖烂姝h(huán)境。同嵌入式實時操作系統(tǒng)的模塊化構成一樣，硬件處理器也需要可裁剪功能，以便功能的升級和產品的換代。單調速率調度算法[24]是針對周期任務進行調度的基于優(yōu)先級調度算法。該算法是通過確定操作系統(tǒng)不斷地判斷任務的截止期而進行動態(tài)優(yōu)先級分配，即任務的時限與當前時刻的距離越近，優(yōu)先級就越高，反則優(yōu)先級越低。一方面減少研究時間，加快項目進度；另一方面通過仿真可以快速發(fā)現(xiàn)優(yōu)先級周期性互換調度算法的可行性，存在的問題等。主流仿真軟件有Matlab中自帶的Simulink[26]模塊、NI（美國國家儀器公司）開發(fā)的LabView[26]、Synopsys的Cocentric Studio[27]以及Ptolemy[28]軟件等。優(yōu)先級周期性互換實時系統(tǒng)任務調度算法的仿真對仿真軟件的要求：需要一個基于優(yōu)先級搶占式的單處理器任務調度模型；該任務調度模型可以和連續(xù)時間域的傳遞函數(shù)聯(lián)合仿真。使用Ptolemy II軟件將周期性任務優(yōu)先級轉化調度算法融合到實際系統(tǒng)中進行仿真驗證。試想，一旦超過這個“規(guī)定時間”，即便是安全氣囊成功打開，也已經喪失了安全氣囊存在的必要性。接下來給出實時系統(tǒng)中涉及到的概念，便于后續(xù)工作的介紹和論證。非周期任務出現(xiàn)時間是隨機的，不確定的。處于運行態(tài)的任務只能有一個（在單處理器）?？臻e時間：就是任務的絕對截止期減去任務的剩余執(zhí)行時間再減去當前時間。該指標主要用在衡量一種調度算法的優(yōu)良性?！败泴崟r”系統(tǒng)，雖然對結果的時效性有一定的要求，但是如果在某種特殊環(huán)境中導致了系統(tǒng)中的實時任務在執(zhí)行過程中超過了截止時間，卻不至于引起嚴重的后果（涉及到人身財產的損失）。實時系統(tǒng)包括軟硬件