DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器。它的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的乘法器，廣泛采用流水線結(jié)構(gòu)，提供特殊的DSP指令，在一個(gè)周期內(nèi)完成一次乘法和一次加法。在國外，DSP芯片已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于當(dāng)今技術(shù)革命的各個(gè)領(lǐng)域；在我國，DSP技術(shù)也正以極快的速度被應(yīng)用在通信、電子系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)、自動(dòng)控制、雷達(dá)、軍事、航空航天、醫(yī)療、家用電器、電力系統(tǒng)等許多領(lǐng)域中，而且新的應(yīng)用領(lǐng)域在不斷地被發(fā)掘。因此基于DSP技術(shù)的開發(fā)應(yīng)用正成為數(shù)字時(shí)代的應(yīng)用技術(shù)潮流。相對于單片機(jī)，它速度更快，外設(shè)集成度更高，程序存儲(chǔ)器更大。在《時(shí)間觸發(fā)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式》一書中詳細(xì)介紹了基于單片機(jī)的軟件設(shè)計(jì)方法，而本文基于DSP對這種設(shè)計(jì)進(jìn)行了擴(kuò)展，使這種設(shè)計(jì)方法更為靈活，有效。

二．調(diào)度器介紹

可以從兩方面來看調(diào)度器：一方面：調(diào)度器可以看作是一個(gè)簡單的操作系統(tǒng)，允許以周期性或單次方式調(diào)用任務(wù)；另一方面：從底層角度來看，調(diào)度器可以看作是一個(gè)由許多不同任務(wù)共享的定時(shí)器中斷服務(wù)程序。

1． 調(diào)度器的組成

（1）調(diào)度器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

調(diào)度器的核心是調(diào)度器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這是一種用戶自定義的數(shù)據(jù)類型，集中了每個(gè)任務(wù)所需的信息。

typedef struct

{

void （ * pTask）（void）; 指向任務(wù)的指針（必須是一個(gè)void（void）函數(shù)）。

unsigned int Delay; 延時(shí)時(shí)標(biāo)數(shù)：直到任務(wù)將下一次運(yùn)行所剩時(shí)標(biāo)數(shù)。時(shí)標(biāo)，是硬件定時(shí)器周期中斷設(shè)定的時(shí)間間隔，它是調(diào)度器的驅(qū)動(dòng)者。

unsigned int Period; 周期時(shí)標(biāo)數(shù)：任務(wù)連續(xù)運(yùn)行所間隔的時(shí)標(biāo)數(shù)。

unsigned int DelCounter; 若不為周期任務(wù)，表示任務(wù)運(yùn)行次數(shù)；若為周期函數(shù)，則無意義。

char PrdOrTemp; 若PrdOrTemp=1，則為周期任務(wù)；若PrdOrTemp=0，則為非周期任務(wù)。

char RunMe; 當(dāng)任務(wù)需要運(yùn)行時(shí)（由調(diào)度器）加1

} sTask;

另外，還需要定義一些全局變量：unsigned int Task_Index 記錄當(dāng)前所添加任務(wù)索引變量，對于每一個(gè)任務(wù)都要定義一個(gè)任務(wù)索引變量，以便對任務(wù)進(jìn)行查找。例如：可以利用任務(wù)索引變量對任務(wù)進(jìn)行刪除。任務(wù)隊(duì)列sTask SCH_tasks_G ［SCH_MAX_TASKS］記錄所有任務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的全局變量，其中SCH_MAX_TASKS為定義的最大任務(wù)數(shù)。雖然在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，任務(wù)有添加或刪除，但系統(tǒng)不是很復(fù)雜，給出的SCH_MAX_TASKS一定要大于運(yùn)行的任務(wù)數(shù)。

（2） 初始化函數(shù)（void SCH_Init_T（void））

這個(gè)函數(shù)主要的作用是設(shè)置定時(shí)器，用來產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)調(diào)度器的定期時(shí)標(biāo)。一般的DSP都有多個(gè)定時(shí)器，它們中的任何一個(gè)都可以用來驅(qū)動(dòng)調(diào)度器。對于調(diào)度器來說，要在不同地微處理器運(yùn)行，主要是初始化函數(shù)不同（即微處理器的定時(shí)器初始化不同）。時(shí)標(biāo)設(shè)定的大小關(guān)系到CPU的利用率和系統(tǒng)的精度，它的大小與具體的系統(tǒng)有關(guān)，例如微處理器的速度，執(zhí)行任務(wù)的大小，執(zhí)行任務(wù)周期的大小等。TI 公司推出的2000 系列的DSP與一般51系列的單片機(jī)時(shí)標(biāo)的設(shè)定有所不同：DSP的CPU頻率可達(dá)到40M，而且采用流水線結(jié)構(gòu)，基本上一個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令；一般單片機(jī)頻率為10M，而且遠(yuǎn)不能達(dá)到一個(gè)時(shí)鐘周期執(zhí)行一條指令。在《時(shí)間觸發(fā)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)模式》一書中，單片機(jī)時(shí)標(biāo)設(shè)定為1ms，可獲得很高的CPU利用率；而調(diào)度器應(yīng)用在交流數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中（采用TMS320LF2407）， 時(shí)標(biāo)設(shè)定為200us，CPU利用率也不小于百分之九十五。

（3） 添加任務(wù)的函數(shù)

unsigned int SCH_Add_Task（void （ * pFunction）（ DELAY， PERIOD， DELCOUNTER， PRDORTEMP）

添加任務(wù)函數(shù)首先開始檢查任務(wù)隊(duì)列sTask SCH_tasks_G［SCH_MAX_TASKS］記錄所有任務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的全局變量哪一個(gè)空閑，然后將所添加任務(wù)的地址，延時(shí)執(zhí)行時(shí)標(biāo)數(shù)，周期時(shí)標(biāo)數(shù)，任務(wù)運(yùn)行次數(shù)，周期任務(wù)指示標(biāo)志賦給任務(wù)隊(duì)列那一個(gè)空閑全局變量。再記錄下當(dāng)前任務(wù)索引變量，以便在需要的情況下賦給任務(wù)自身索引變量，對任務(wù)進(jìn)行跟蹤。

（4） 刪除任務(wù)的函數(shù)

void SCH_Del_Task（const unsigned int TASK_INDEX）

刪除任務(wù)函數(shù)從 TASK_INDEX得到所要?jiǎng)h除任務(wù)的任務(wù)索引變量。然后將對應(yīng)的任務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的全局變量清除。刪除任務(wù)時(shí)，對應(yīng)的任務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的全局變量的內(nèi)容清除，但變量并沒有撤銷，當(dāng)再次執(zhí)行添加任務(wù)函數(shù)時(shí)，此任務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的全局變量有可能分配給其他任務(wù)。

（5） 刷新函數(shù) void SCH_Update（void）

刷新函數(shù)是調(diào)度器的中斷服務(wù)程序，用一定的時(shí)間間隔刷新調(diào)度器。它是由定時(shí)器溢出激活的，刷新函數(shù)并不復(fù)雜。當(dāng)刷新函數(shù)確定某個(gè)任務(wù)需要運(yùn)行時(shí)，將這個(gè)任務(wù)Runme標(biāo)志加一，然后該任務(wù)將由調(diào)度函數(shù)執(zhí)行。刷新函數(shù)的執(zhí)行流程如圖1所示。

（6） 調(diào)度函數(shù) void SCH_Dispatch_Tasks（void）

調(diào)度函數(shù)是用來執(zhí)行任務(wù)的函數(shù)，而刷新函數(shù)并不執(zhí)行任務(wù)。我們之所把刷新函數(shù)與調(diào)度函數(shù)分開，是處于與系統(tǒng)安全考慮的。如果刷新函數(shù)與調(diào)度函數(shù)合并，而一個(gè)任務(wù)出現(xiàn)異常在一個(gè)時(shí)標(biāo)中沒有執(zhí)行完，那么定時(shí)器中斷將被忽略，下一個(gè)任務(wù)將不能在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)執(zhí)行。調(diào)度函數(shù)不僅可以運(yùn)行所需要運(yùn)行的任務(wù)，而且可以刪除運(yùn)行完畢的非周期任務(wù)。在調(diào)度函數(shù)中可加入一些其他功能，可以是系統(tǒng)在任務(wù)執(zhí)行完畢后沒有任務(wù)執(zhí)行是進(jìn)入低功耗狀態(tài)，以節(jié)省電能。調(diào)度函數(shù)的執(zhí)行流程如圖2所示。

2． 任務(wù)的運(yùn)行

任務(wù)的運(yùn)行過程也是調(diào)度器運(yùn)行的過程。這里調(diào)度LED兩秒閃爍一次的任務(wù)來說明任務(wù)void LED_Flash（void）的運(yùn)行過程。設(shè)定時(shí)標(biāo)為200us。系統(tǒng)初始化System_Init（ ），對于任務(wù)LED_Flash（），DSP僅僅設(shè)置時(shí)鐘和相應(yīng)的I/O引腳；SCH_Init_T（）前已詳細(xì)講明；添加任務(wù)函數(shù)

SCH_Add_Task（LED_Flash， 0， 5000，0，PERIOD_TASK ），其中LED_Flash為任務(wù)的地址，第一個(gè)零表示從系統(tǒng)運(yùn)行第一個(gè)時(shí)標(biāo)就開始執(zhí)行任務(wù)，5000表示每5000個(gè)時(shí)標(biāo)（5000×200us＝1s）執(zhí)行一次任務(wù)，PERIOD_TASK表示這是一個(gè)周期任務(wù)，第二個(gè)零周期任務(wù)時(shí)無意義；啟動(dòng)定時(shí)器SCH_Start（），注意添加任務(wù)后再啟動(dòng)定時(shí)器；進(jìn)入超循環(huán)（即while（1）{}語句）執(zhí)行調(diào)度函數(shù)SCH_Dispatch_Tasks（），任務(wù)LED_Flash（）在其中被執(zhí)行：點(diǎn)亮或熄滅LED；任務(wù)執(zhí)行完畢，定時(shí)器中斷到來時(shí)，進(jìn)入中斷并立刻對定時(shí)器清零，以保證時(shí)標(biāo)的精確，再執(zhí)行刷新函數(shù)SCH_Update（），然后中斷返回執(zhí)行調(diào)度函數(shù) SCH_Dispatch_Tasks（）。

三． 應(yīng)用

在V/F控制異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，用運(yùn)調(diào)度器對程序進(jìn)行編程，實(shí)現(xiàn)了對電機(jī)的開環(huán)控制。

主程序部分代碼：

Void Main.c（void）

{

System_init（）; 系統(tǒng)初始化

Sch_init_t1（）;調(diào)度器初始化

AD——Sample（）;電流、電壓采樣

Svpwm_init（）;SVPWM波生成初始化

Led_flash_update（）;刷新函數(shù)

Sch_add_task（led_flash_update，0，1000）;添加任務(wù)1

Sch_add_task（uf_control，0，1）;添加任務(wù)2

Ash_add_task（svpwm_control，0，1）;添加任務(wù)3

Sch_start（）;

While（1）

{

Sch_dispatch_tasks（）; 執(zhí)行任務(wù)

}

中斷程序略。

}

四． 總結(jié)

這種調(diào)度器的特點(diǎn)首先是結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行安全可靠：調(diào)度器的大小只有450個(gè)字，分配給每個(gè)任務(wù)的RAM也只有6個(gè)字；其次，由于調(diào)度器很小，運(yùn)行時(shí)間很短，CPU的利用率高；簡化軟件設(shè)計(jì)。在直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)中（采用TMS320LF2407A）已使用這種調(diào)度器進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，在仔細(xì)設(shè)計(jì)的前提下系統(tǒng)是可以非?？煽窟\(yùn)行：首先，必須知道每個(gè)任務(wù)運(yùn)行的最長時(shí)間，而所有任務(wù)運(yùn)行最長時(shí)間的總和最好小于時(shí)標(biāo)，這樣最為安全，而實(shí)際中常常達(dá)不到這樣要求，那么就讓周期的任務(wù)在不同的時(shí)標(biāo)中運(yùn)行；其次，任務(wù)的大小可能參差不齊，有時(shí)還可能相差較大，這就要根據(jù)實(shí)際情況把大任務(wù)分解成小任務(wù)或把小任務(wù)合并為大任務(wù)。

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