一种评估实时操作系统实时性的方法及装置

摘要

本发明公开了一种评估实时操作系统RTOS实时性的方法及装置，以解决现有技术中评估RTOS实时性时精度差的问题，方法包括：执行N次测量，每次测量确定出实时操作系统RTOS中M次任务切换的每次任务切换所使用的平均任务切换时间；根据所述平均任务切换时间，评估RTOS的实时性。通过测量得到平均任务切换时间，根据所述平均任务切换时间评估RTOS的实时性，提高了评估RTOS实时性时的精度。

说明书

技术领域

本发明涉及实时操作系统领域，尤其涉及一种评估实时操作系统实时性的方法及装置。

背景技术

实时操作系统(Real Time Operating System，RTOS)是保证在一定时间限制内完成特定功能的操作系统，当具有多个任务时，任务切换时间是评估RTOS实时性的重要指标。

现有技术中，通过RTOS通过系统定时器计算任务切换时间，得到的任务切换时间精度不高，使用系统定时器，精度只能达到毫秒级，而实际任务切换时间是微秒级，使评估出的RTOS实时性差。

综上，现有技术中评估RTOS实时性时的精度差，是目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种评估实时操作系统实时性的方法及装置，以解决现有技术中评估RTOS实时性时精度差的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种评估实时操作系统RTOS实时性的方法，包括:

执行N次测量，每次测量确定出实时操作系统RTOS中M次任务切换的每次任务切换所使用的平均任务切换时间，N为大于1的整数，M为大于1的整数；

根据所述平均任务切换时间，评估RTOS的实时性；

其中，每次测量确定出所述平均任务切换时间，具体为：

执行M次任务切换，确定出M次任务切换所使用的总的任务切换时间，所述总的任务切换时间为M次任务切换中的第一次任务切换的起始时刻与第M次任务切换的结束时刻的时长差值；将所述总的任务切换时间除以M得到的值，确定为所述平均任务切换时间。

可选的，所述M次任务切换所使用的总的任务切换时间中包括查询背景任务是否需要被调度所使用的时间，其中，所述背景任务为任务切换时处于非运行状态下的任务。

可选的，在执行N次测量，每次测量确定出RTOS中M次任务切换的每次任务切换所使用的平均任务切换时间之后，根据所述平均任务切换时间，评估实时操作系统RTOS的实时性之前，该方法还包括：根据执行N次测量确定出的每次任务切换所使用的平均任务切换时间，确定出所述平均任务切换时间的平均值；

根据所述平均任务切换时间，评估RTOS的实时性，包括：

在所述平均任务切换时间的平均值于设定第一阈值时，确定出RTOS的实时性满足实时性要求；

在所述平均任务切换时间的平均值大于或等于设定第一阈值时，确定出RTOS的实时性不满足实时性要求。

可选的，在执行N次测量，每次测量确定出RTOS中M次任务切换的每次任务切换所使用的平均任务切换时间之后，根据所述平均任务切换时间，评估实时操作系统RTOS的实时性之前，该方法还包括：

将所述执行N次测量确定出的所述平均任务切换时间中的最大值与最小值的差值，确定为最大任务切换抖动时间；

根据所述平均任务切换时间，评估RTOS的实时性，包括：

在所述最大任务切换抖动时间小于设定第二阈值时，确定出RTOS的实时性满足实时性要求；

在所述最大任务切换抖动时间大于或等于设定第二阈值时，确定出RTOS的实时性不满足实时性要求。

可选的，在执行N次测量，每次测量确定出RTOS中M次任务切换的每次任务切换所使用的平均任务切换时间之后，根据所述平均任务切换时间，评估实时操作系统RTOS的实时性之前，该方法还包括：

根据每次测量得到的平均任务切换时间与测量时的背景任务的数量，确定出用于表征平均任务切换时间与背景任务的曲线，并确定出所述曲线的曲率；

根据所述平均任务切换时间，评估RTOS的实时性，包括：

在所述曲率小于设定第三阈值时，确定出RTOS的实时性满足实时性要求；

在所述曲率大于或等于设定第三阈值时，确定出RTOS的实时性不满足实时性要求。

可选的，确定出M次任务切换所使用的总的任务切换时间，包括：

通过示波器或逻辑分析仪，测量得到RTOS中M次任务切换所使用的总的任务切换时间。

基于与方法同样的发明构思，本发明实施例提供了一种评估实时操作系统RTOS实时性的装置，包括：

统计模块，用于执行N次测量，每次测量确定出实时操作系统RTOS中M次任务切换的每次任务切换所使用的平均任务切换时间，N为大于1的整数，M为大于1的整数；

评估模块，用于根据所述平均任务切换时间，评估RTOS的实时性；

其中，每次测量确定出所述平均任务切换时间，具体为：

执行M次任务切换，确定出M次任务切换所使用的总的任务切换时间，所述总的任务切换时间为M次任务切换中的第一次任务切换的起始时刻与第M次任务切换的结束时刻的时长差值；将所述总的任务切换时间除以M得到的值，确定为所述平均任务切换时间。

可选的，所述M次任务切换所使用的总的任务切换时间中包括查询背景任务是否需要被调度所使用的时间，其中，所述背景任务为任务切换时处于非运行状态下的任务。

可选的，该装置还包括：

第一处理模块，用于根据执行N次测量确定出的每次任务切换所使用的平均任务切换时间，确定出所述平均任务切换时间的平均值；

所述评估模块具体用于：在所述平均任务切换时间的平均值小于设定第一阈值时，确定出RTOS的实时性满足实时性要求；在所述平均任务切换时间的平均值大于或等于设定第一阈值时，确定出RTOS的实时性不满足实时性要求。

可选的，该装置还包括：

第二处理模块，用于将所述执行N次测量确定出的所述平均任务切换时间中的最大值与最小值的差值，确定为最大任务切换抖动时间；

所述评估模块具体用于：在所述最大任务切换抖动时间小于设定第二阈值时，确定出RTOS的实时性满足实时性要求；在所述最大任务切换抖动时间大于或等于设定第二阈值时，确定出RTOS的实时性不满足实时性要求。

可选的，该装置还包括：

第三处理模块，用于根据每次测量得到的平均任务切换时间与测量时的背景任务的数量，确定出用于表征平均任务切换时间与背景任务的曲线，并确定出所述曲线的曲率；

所述评估模块具体用于：在所述曲率小于设定第三阈值时，确定出RTOS的实时性满足实时性要求；在所述曲率大于或等于设定第三阈值时，确定出RTOS的实时性不满足实时性要求。

可选的，所述统计模块具体用于：

通过示波器或逻辑分析仪，测量得到RTOS中M次任务切换所使用的总的任务切换时间。

本发明实施例提供的一种评估实时操作系统RTOS实时性的方法及装置，首先执行N次测量，每次测量确定出实时操作系统RTOS中M次任务切换的每次任务切换所使用的平均任务切换时间；根据所述平均任务切换时间，评估RTOS的实时性。通过测量得到平均任务切换时间，根据所述平均任务切换时间评估RTOS的实时性，使用平均任务切换时间进行评估，提高了评估RTOS实时性时的精度。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种评估实时操作系统RTOS实时性的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种任务切换示意图；

图3为本发明实施例提供的又一种评估实时操作系统RTOS实时性的方法流程图；

图4为本发明实施例提供的一种评估实时操作系统RTOS实时性的装置示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将结合附图，对本发明实施例提供的技术方案进行详细说明。

本发明实施例提供了一种评估实时操作系统RTOS实时性的方法，如图1所示，包括如下操作：

步骤100、执行N次测量，每次测量确定出实时操作系统RTOS中M次任务切换的每次任务切换所使用的平均任务切换时间，N为大于1的整数，M为大于1的整数。

步骤110、根据所述平均任务切换时间，评估RTOS的实时性。

其中，每次测量确定出所述平均任务切换时间，具体为：

测量得到RTOS中M次任务切换所使用的总的任务切换时间，所述总的任务切换时间为M次任务切换中的第一次任务切换的起始时刻与第M次任务切换的结束时刻的时长差值；

根据所述总的任务切换时间除以M，确定出所述平均任务切换时间。

本发明实施例提供的一种评估实时操作系统RTOS实时性的方法，首先执行N次测量，每次测量确定出实时操作系统RTOS中M次任务切换的每次任务切换所使用的平均任务切换时间；根据所述平均任务切换时间，评估RTOS的实时性。通过测量得到平均任务切换时间，根据平均任务切换时间评估RTOS的实时性，使用平均任务切换时间进行评估，提高了评估RTOS实时性时的精度。

一种可选的实现方式中，所述M次任务切换所使用的总的任务切换时间中包括查询背景任务是否需要被调度所使用的时间，其中，所述背景任务为任务切换时处于非运行状态下的任务。

现有技术中度量RTOS任务切换时间的方法度量单一，只考虑两个任务直接切换时，没有考虑到其他处于休眠状态的任务，也占用系统资源，影响切换时间，造成评估RTOS实时性时的精度差。而本发明实施例中，考虑到了查询背景任务是否需要被调度所使用的时间，使评估覆盖全，评估精度高。

一种可选的实现方式中，确定出M次任务切换所使用的总的任务切换时间，包括：

通过示波器或逻辑分析仪，测量得到RTOS中M次任务切换所使用的总的任务切换时间。

具体的，RTOS的通用I/O端口GPIO与示波器或逻辑分析仪相连，以使示波器或逻辑分析仪可以通过GPIO的高低电平计量评估任务切换时间。

该方式中，通过示波器或逻辑分析仪测量得到RTOS中M次任务切换所使用的总的任务切换时间，根据总的任务切换时间得到每次任务切换的时间，得到的每次任务切换的时间更精确。

基于上述任一实施例，根据所述平均任务切换时间，评估实时操作系统RTOS的实时性，包括以下三种可选的实现方式：

方式一、先根据执行N次测量确定出的每次任务切换所使用的平均任务切换时间，确定出执行N次测量确定出的所述平均任务切换时间的平均值，然后基于确定出的所述平均任务切换时间的平均值评估RTOS的实时性。具体如下：

在所述平均任务切换时间的平均值小于设定第一阈值时，确定出RTOS的实时性满足实时性要求；

在所述平均任务切换时间的平均值大于或等于设定第一阈值时，确定出RTOS的实时性不满足实时性要求。

该方式下，根据平均任务切换时间的平均值评估RTOS的实时性，平均任务切换时间的平均值越小，RTOS的实时性越好。

举例说明，假设RTOS中具有max个任务，其中任务1、任务2和任务3为待测任务，其与max-3个任务为背景任务，max的取值根据RTOS的设计决定，若RTOS没有限制则由随机存取存储器(random access memory，RAM)大小决定最大的任务数。假设Δk1≈Δk2≈Δk3，如图2所示，其中Δk指任务切换时间，图2中的Δk1表示任务1结束时刻与任务2起始时刻的时间间隔，Δk2表示任务2结束时刻至任务3起始时刻的差值，Δk3表示任务3结束时刻至任务4起始时刻的差值；

Δbackground：查询背景任务的时间，指的是一个任务结束后，RTOS查询背景任务是否需要被调度的时间，图2中的Δbackground1表示任务1结束之后RTOS查询背景任务的时间，Δbackground2是任务2结束后RTOS查询背景任务的时间，Δbackground3是任务3结束后RTOS查询背景任务的时间。

可选的，从背景任务数为0时开始遍历，计算任务切换时间，直至背景任务数为max-3时结束遍历；具体如下：

背景任务数为0时，任务切换时间为T_{task_switch_0}，T_{task_switch_0}为测量得到的总的任务切换时间除以切换次数得到的，其中，测量得到的总的任务切换时间为Δk1+Δk2+Δk3+…+Δk>

背景任务数为1时，任务切换时间为T_{task_switch_1}，T_{task_switch_1}为测量得到的总的任务切换时间除以切换次数得到的，其中，测量得到的总的任务切换时间为Δgpio1+Δbackground1_1+Δgpio2+Δbackground1_2+Δgpio3+Δbackground1_3+…+Δgpio>

背景任务数为2时，任务切换时间为T_{task_switch_2}，T_{task_switch_2}为测量得到的总的任务切换时间除以切换次数得到的，其中，测量得到的总的任务切换时间为Δgpio1+Δbackground2_1+Δgpio2+Δbackground2_2+Δgpio3+Δbackground2_3+…+Δgpio>

以此类推，直至背景任务数为max-3时，任务切换时间为T_{task_switch_max-3}，T_{task_switch_max-3}，为测量得到的总的任务切换时间除以切换次数得到的，其中，测量得到的总的任务切换时间为Δgpio1+Δbackground>

评估RTOS实时性时，根据平均任务时间的平均值T_{task_switch_avg}，确定出RTOS的实时性；T_{task_switch_avg}＝(T_{task_switch_0}+T_{task_switch_1}+T_{task_switch_2}+…+T_{task_switch_max-3})/Q，Q为需要测量任务切换时间的次数；T_{task_switch_avg}的值小于设定第一阈值时，确定出RTOS的实时性满足实时性要求。

方式二、先将所述执行N次测量确定出的所述平均任务切换时间中的最大值与最小值的差值，确定为最大任务切换抖动时间，然后基于确定出的最大任务切换抖动时间评估RTOS的实时性。具体如下：在所述最大任务切换抖动时间小于设定第二阈值时，确定出RTOS的实时性满足实时性要求；

在所述最大任务切换抖动时间大于或等于设定第二阈值时，确定出RTOS的实时性不满足实时性要求。

该方式下，根据最大任务切换抖动时间评估RTOS的实时性，最大任务切换抖动时间越小，RTOS的实时性越好。

在具体实施例中，仍以方式一中的具体实施例为依据，根据最大任务切换抖动时间T_{task_switch_dither}，确定出RTOS的实时性，其中，

T_{task_switch_max}＝Max(T_{task_switch_0}，T_{task_switch_1}，…，T_{task_switch_max}-₃)；

T_{task_switch_min}＝Min(T_{task_switch_0}，T_{task_switch_1}，…，T_{task_switch_max-3})；

T_{task_switch_dither}＝T_{task_switch_max}-T_{task_switch_min}；T_{task_switch_dither}的值小于设定第一阈值时，确定出RTOS的实时性满足实时性要求。

方式三、先根据每次测量得到的平均任务切换时间与测量时的背景任务的数量，确定出用于表征平均任务切换时间与背景任务的曲线，并确定出所述曲线的曲率；其中，所述背景任务为任务切换时处于非运行状态下的任务；然后基于确定出的曲率评估RTOS的实时性。具体如下：

在所述曲率小于设定第三阈值时，确定出RTOS的实时性满足实时性要求；

在所述曲率大于或等于设定第三阈值时，确定出RTOS的实时性不满足实时性要求。

根据曲率评估RTOS的实时性，曲率越小，RTOS的实时性越好。

在具体实施例中，仍以方式一中的具体实施例为依据，根据每次测量得到的平均任务切换时间与测量时的背景任务的数量，确定出用于表征平均任务切换时间与背景任务的曲线，并确定出所述曲线的曲率；其中，所述背景任务为任务切换时处于非运行状态下的任务；根据所述曲率，确定出RTOS的实时性；在所述曲率小于设定第三阈值时，确定出RTOS的实时性满足实时性要求。

本发明实施例中示波器或逻辑分析仪的精度为微秒级以上。

下面通过一个具体实施例，对一种评估实时操作系统RTOS实时性的方法进行详细说明：

本实施例的处理过程，如图3所示，包括：

步骤301、RTOS初始化一个与示波器相连的GPIO端口，其中，GPIO端口为信号输出端口，初始化两个变量，即起始时刻time_gpio_start和结束时刻time_gpio_end。

步骤302、RTOS设置初始化迭代次数loops_num为500000次。

步骤303、RTOS创建5个任务，其中，任务1、任务2和任务3是待测的三个工作任务，其余的2个任务是背景任务。

步骤304、RTOS启动主线程开始评估，运行调度程序(Scheduler)进行任务调度。

步骤305、RTOS将待测GPIO端口电平置高后，RTOS将任务3的优先级降低，使任务1和任务2得到运行。

步骤306、RTOS中的任务1和任务2循环切换loops_num次后，释放了任务资源，系统调度任务3运行，RTOS将待测GPIO端口电平置低，释放任务资源，主线程评估完毕。

步骤307、示波器或者逻辑分析仪连接待测GPIO端口，记录GPIO端口电平置高后的起始时刻和GPIO端口电平置低的结束时刻，用结束时刻减起始时刻得到时长差T_total。

步骤308、示波器或者逻辑分析仪测量得到3次T_total，分别为T_total0、T_total1、以及T_total2，通过T_total除以循环次数50000，得到平均任务切换时间，分别为T_{task_switch_0}、T_{task_switch_1}以及T_{task_switch_2}。

步骤309、RTOS根据平均任务切换时间T_{task_switch_0}、T_{task_switch_1}以及T_{task_switch_2}计算出平均任务切换时间的平均值T_{task_switch_avg}，T_{task_switch_avg}＝(T_{task_switch_0}+T_{task_switch_1}+T_{task_switch_2})/3。

步骤310、RTOS根据平均任务切换时间的平均值评估RTOS的实时性。

基于与方法同样的发明构思，本发明实施例还提供一种评估实时操作系统RTOS实时性的装置，如图4所示，包括：

统计模块401，用于执行N次测量，每次测量确定出实时操作系统RTOS中M次任务切换的每次任务切换所使用的平均任务切换时间，N为大于1的整数，M为大于1的整数；

评估模块402，用于根据所述平均任务切换时间，评估RTOS的实时性；

其中，每次测量确定出所述平均任务切换时间，具体为：

执行M次任务切换，确定出M次任务切换所使用的总的任务切换时间，所述总的任务切换时间为M次任务切换中的第一次任务切换的起始时刻与第M次任务切换的结束时刻的时长差值；将所述总的任务切换时间除以M得到的值，确定为所述平均任务切换时间。

本发明实施例提供的一种评估实时操作系统RTOS实时性的装置，首先执行N次测量，每次测量确定出实时操作系统RTOS中M次任务切换的每次任务切换所使用的平均任务切换时间；根据所述平均任务切换时间，评估RTOS的实时性。通过测量得到平均任务切换时间，根据平均任务切换时间评估RTOS的实时性，使用平均任务切换时间进行评估，提高了评估RTOS实时性时的精度。

可选的，所述M次任务切换所使用的总的任务切换时间中还包括查询背景任务是否需要被调度所使用的时间，其中，所述背景任务为任务切换时处于非运行状态下的任务。

可选的，该装置还包括：

第一处理模块，用于根据执行N次测量确定出的每次任务切换所使用的平均任务切换时间，确定出所述平均任务切换时间的平均值；

所述评估模块具体用于：在所述平均任务切换时间的平均值小于设定第一阈值时，确定出RTOS的实时性满足实时性要求；在所述平均任务切换时间的平均值大于或等于设定第一阈值时，确定出RTOS的实时性不满足实时性要求。

可选的，该装置还包括：

第二处理模块，用于将所述执行N次测量确定出的所述平均任务切换时间中的最大值与最小值的差值，确定为最大任务切换抖动时间；

所述评估模块具体用于：在所述最大任务切换抖动时间小于设定第二阈值时，确定出RTOS的实时性满足实时性要求；在所述最大任务切换抖动时间大于或等于设定第二阈值时，确定出RTOS的实时性不满足实时性要求。

可选的，该装置还包括：

第三处理模块，用于根据每次测量得到的平均任务切换时间与测量时的背景任务的数量，确定出用于表征平均任务切换时间与背景任务的曲线，并确定出所述曲线的曲率；

所述评估模块具体用于：在所述曲率小于设定第三阈值时，确定出RTOS的实时性满足实时性要求；在所述曲率大于或等于设定第三阈值时，确定出RTOS的实时性不满足实时性要求。

可选的，所述统计模块具体用于：

通过示波器或逻辑分析仪，测量得到RTOS中M次任务切换所使用的总的任务切换时间。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。