一种嵌入式系统任务响应性能的监测调整的方法及其系统与流程

本发明涉及嵌入式系统技术领域，尤其涉及一种嵌入式系统任务响应性能的监测调整的方法及其系统。

背景技术：

现有技术中，嵌入式系统的产品要求具有快速、可靠的响应能力。对系统中的多任务进行合理的工作划分，并依据各个任务在实时性方面的要求来设置相应的任务优先级，是保持系统良好实时性的基础。

以采用vxWorks操作系统的以太网交换机来说，其嵌入式软件中的非关键任务、收发包任务、环协议任务、系统定时器任务以及异常处理任务等，就依次具有由低到高的优先级。其中的环协议任务，如Rstp(快速生成树协议)等，一般都有诸如50ms收敛时间的要求，所以相应的tRstp这类的任务对实时性要求是很高的，就为了收到有关协议报文后能够快速的响应，当然不仅局限于RSTP(快速生成树协议)之类的任务，还包括其它对于实时性要求较高的任务。

在抢占式多任务的系统中各个任务共用CPU资源。当由于某些原因使得更高优先级的任务长时间运行，或者更低优先级的任务在taskLock之后长时间运行，都会导致有关任务不能及时得到调度，影响设备的实时响应能力。

现有的技术方案主要是采用系统时钟中断进行时间计数判断任务运行是否超时或死循环然后将任务挂起后调试处理。当一个任务持续运行的时间未达到通常的死循环检测门限但是已经影响到实时性要求高的协议类任务时，将不会受到监控，针对这种情况通常需要对不同的协议进行不同的性能测试，验证工作量繁重，同时在现场应用的情况下，不能设置为调试模式，因此，需要一种自动简易的针对系统内部软件实时响应性能的监测调整的方法。

因此，如何能够通过相对简便的方式在系统内部由软件自动进行实时响应性能的自我诊断调整，不仅限于从系统维护带来的困难，而且还暴露那些威胁到系统实时性的问题。

技术实现要素：

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种嵌入式系统任务响应性能的监测调整的方法及其系统。

本发明实施例提供了一种嵌入式系统任务响应性能的监测调整的方法，该方法包括：

根据所述系统任务的重要性预设所述系统任务运行的优先级，其中所述系统任务都设定任务运行的门限时间；

监测每个系统任务的运行信息，其中所述运行信息包括任务ID、任务调度次数和时钟中断次数；根据所述监测到每个系统任务的运行信息计算所述系统任务连续运行的时间；

当监测到高优先级系统任务的连续运行时间超过预设的门限时间，将所述高优先级系统任务的优先级减低到需要及时调度的系统任务的优先级之下。

当监测到所述降级后的高优先级系统任务连续运行时间再次超过预设的门限时间，将所述降级后的高优先级系统任务的优先级再次降低。

所述根据所述监测到每个系统任务的运行信息计算所述系统任务连续运行的时间包括：

监测所述每个系统任务的任务ID和任务调度次数，判断当前系统任务的任务ID和任务调度次数与上次系统任务的任务ID和任务调度次数做比较，当两者一致时，根据统计时钟中断触发的次数，将时钟中断时长与时钟中断触发的次数相乘获得所述系统任务连续运行的时间；

当两者之一不同时，重新监测每个系统任务的任务ID和任务调度次数。

根据所述系统任务的重要性预设所述系统任务运行的优先级，其中所述 系统任务都设定任务运行的门限时间还包括：

不同优先级的系统任务预设不同的系统任务运行的门限时间，高优先级系统任务的门限时间小于低优先级系统任务的门限时间。

当监测到高优先级系统任务的连续运行时间超过预设的门限时间还包括：将对所述高优先级系统任务告警，

和/或将所述高优先级系统任务挂起。

本发明实施例提供了一种嵌入式系统任务响应性能的监测调整的系统，该系统包括：

系统任务设定模块，用于根据所述系统任务的重要性预设所述系统任务运行的优先级，其中所述系统任务都设定任务运行的门限时间；

系统任务监测模块，用于监测每个系统任务的运行信息，其中所述运行信息包括任务ID、任务调度次数和时钟中断次数；根据所述监测到每个系统任务的运行信息计算所述系统任务连续运行的时间；

系统任务调整模块，用于当监测到高优先级系统任务的连续运行时间超过预设的门限时间，将所述高优先级系统任务的优先级减低到需要及时调度的系统任务的优先级之下。

所述系统还包括系统任务再调整模块，用于当监测到所述降级后的高优先级系统任务连续运行时间再次超过预设的门限时间，将所述降级后的高优先级系统任务的优先级再次降低。

所述系统任务设定模块还包括：

不同优先级的系统任务预设不同的系统任务运行的门限时间，高优先级系统任务的门限时间小于低优先级系统任务的门限时间。

所述系统任务监测模块包括：

监测所述每个系统任务的任务ID和任务调度次数，判断当前系统任务的任务ID和任务调度次数与上次系统任务的任务ID和任务调度次数做比较，当两者一致时，根据统计时钟中断触发的次数，将时钟中断时长与时钟中断触发 的次数相乘获得所述系统任务连续运行的时间；

当两者之一不同时，重新监测每个系统任务的任务ID和任务调度次数。

所诉系统任务监测模块还包括：将对所述高优先级系统任务告警，

和/或将所述高优先级系统任务挂起。

本发明中提供了一种嵌入式系统任务响应性能的监测调整的方法及其系统，根据所述系统任务的重要性预设所述系统任务运行的优先级，其中所述系统任务都设定任务运行的门限时间；监测每个系统任务的运行信息，其中所述运行信息包括任务ID、任务调度次数和时钟中断次数；根据所述监测到每个系统任务的运行信息计算所述系统任务连续运行的时间；当监测到高优先级系统任务的连续运行时间超过预设的门限时间，将所述高优先级系统任务的优先级减低到需要及时调度的系统任务的优先级之下，解决了在系统任务出现死循环或超时间运行时一般只能采用将任务强制挂起后造成该任务相关联的任务执行出现问题，本发明保证了系统软件执行任务的实时性，也保证系统其它任务可以被调用，同时确保了系统任务出现超时间运行后该任务还可以再次被调用执行，保证了系统的安全性。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种嵌入式系统任务响应性能的监测调整的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的一种嵌入式系统软件响应性能监测调整的方法的具体实施过程图；

图3为本发明实施例提供的一种嵌入式系统任务响应性能的监测调整的系统的结构图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

下面结合说明附图，对本发明实施例进行说明。

图1为本发明实施例提供的一种嵌入式系统任务响应性能的监测调整的方法流程图，该过程包括以下步骤：

S101：根据所述系统任务的重要性预设所述系统任务运行的优先级，其中所述系统任务都设定任务运行的门限时间；

具体地，这里所谓的系统任务的重要性三点因素一般包括系统任务的在嵌入式系统的运行时长，其它系统任务对于该系统任务的依赖程度以及该系统任务自身的及时性。基于上述三条因素一般由软件设计人员根据经验或者是将整个系统任务根据三条因素进行计分排名设置运行优先级。

另外，每个系统任务都设定一个门限时间，门限时间根据该系统任务在系统可能的时长，一般比测试获得的时长略大，但是也不是一定的，在本发明中中该门限时间将与其优先级有很大关系。

S102：监测每个系统任务的运行信息，其中所述运行信息包括任务ID、任务调度次数和时钟中断次数；根据所述监测到每个系统任务的运行信息计算所述系统任务连续运行的时间；

具体地，在本发明中，整个系统监测每个系统任务的运行信息，其中通过在任务调度的钩子函数taskSwitchHook(每次有任务切换的时这个钩子函数都会被调用)中记录当前调度到的任务ID，并对任务调度的次数做累加，直到下一次任务调度前均是该任务持续运行的阶段。

通过在时钟中断的处理函数TickAnnounce(每个tick会自动上报一个中断并回调此函数，tick一般为10ms)中结合当前任务的ID以及任务调度次数的信息，就可以知道当前的任务是否处于连续运行状态。

S103：当监测到高优先级系统任务的连续运行时间超过预设的门限时间，将所述高优先级系统任务的优先级减低到需要及时调度的系统任务的优先级之下。

具体地，对每个系统任务都进行监测，包括了高优先级的系统任务、优先级略低的及时性要求高的系统任务以及低优先级的系统任务，当高优先级系统任务的连续运行时间超过预设的门限时间时，在本发明中将采用将高优先级系统任务的优先级减低到需要及时调度的系统任务的优先级之下。这里的及时调度的系统任务的优先级一般也是比较高的，但是由于系统中还有其它对于及时性要求更高的系统任务，因此，对于这类任务一般设置最高优先级，但是其运行时长一般比较短。根据系统任务运行时长与门限时间的关系对系统任务优先级的调整是本发明重要特征。

本发明实施例提供的一种嵌入式系统任务响应性能的监测调整的方法的优化过程之一，该过程还包括以下步骤：

当监测到所述降级后的高优先级系统任务连续运行时间再次超过预设的门限时间，将所述降级后的高优先级系统任务的优先级再次降低。

具体地，将采用将高优先级系统任务的优先级减低到需要及时调度的系统任务的优先级之下而后，由于该降级后的高优先级系统任务连续运行时间再次超过预设的门限时间，必然造成同等优先级和需要及时调度的较低优先级的系统任务的无法执行，一般而言此类问题在实际一般极少出现，但是如果用超 常规方法查找此类问题将是一个巨大的工程，而采用再次调整其优先级时将会容易查找该问题并使得系统任务依然能够继续执行，保证系统的安全形和及时性。

另外，本发明中还可以采用将同等优先级的系统任务根据其对于及时性要求或其它任务对于其的依赖程度设置不同的门限时间，这里主要根据系统任务的任务ID就可以设别，例如：不同区间的任务ID设置不同的门限时间。

为了具体说明计算每个系统任务连续运行的时长的过程，所述根据所述监测到每个系统任务的运行信息计算所述系统任务连续运行的时间包括：

监测所述每个系统任务的任务ID和任务调度次数，判断当前系统任务的任务ID和任务调度次数与上次系统任务的任务ID和任务调度次数做比较，当两者一致时，根据统计时钟中断触发的次数，将时钟中断时长与时钟中断触发的次数相乘获得所述系统任务连续运行的时间；

当两者之一不同时，重新监测每个系统任务的任务ID和任务调度次数。

具体地，首先，通过在任务调度的钩子函数taskSwitchHook(每次有任务切换的时这个钩子函数都会被调用)中记录当前调度到的任务ID，并对任务调度的次数做累加，直到下一次任务调度前均是该任务持续运行的阶段。

其次，通过在时钟中断的处理函数TickAnnounce(每个tick会自动上报一个中断并回调此函数，tick一般为10ms)中结合当前任务的ID以及任务调度次数的信息，就可以知道当前的任务是否处于连续运行状态，连续运行的时间可以通过tick的时长与tick次数相乘来计算(最大误差为-1tick)。

为了具体说明每个系统任务与门限时间的关系，根据所述系统任务的重要性预设所述系统任务运行的优先级，其中所述系统任务都设定任务运行的门限时间还包括：

不同优先级的系统任务预设不同的系统任务运行的门限时间，高优先级系统任务的门限时间小于低优先级系统任务的门限时间。

一般而言，不同的优先级的系统任务将对应不同的系统任务运行的门限 时间，由于，高优先级的系统任务将优先在系统中运行，其在系统运行中的时长不可能过长，因此其中高优先级的系统任务的门限时间要小于低优先级系统任务的门限时间。

另外，本发明还提供了另外一种方式，相同优先级的系统任务将对应不同的门限时间，该门限时间将根据系统任务的任务ID进行预设。该方法将进一步丰富对于多系统任务出现超时长运行或死循环的处理手段。

为了进一步明确对于超时长的系统任务的处理手段：当监测到高优先级系统任务的连续运行时间超过预设的门限时间还包括：将对所述高优先级系统任务告警，和/或将所述高优先级系统任务挂起。

图2为本发明实施例提供的一种嵌入式系统软件响应性能监测调整的方法的具体实施过程图，

以tHigh、tRstp、tTask、tLow来分别表示优先级由高到低的4个任务，分为5个等级，优先级分别为5，4和1(数值高优先级高)对应门限为15ms、30ms、45ms、60ms、2ms，其中tRstp具有实时响应的要求，是需要保障的目标任务，假设STP拓扑发生了变化需要其在20ms内被调度到以作出相应，设定其门限为30ms，Thigh门限时间为15ms，Ttask的门限时间为45ms，Tlow门限时间为2s。

以对Thigh的优先级调整为例，具体步骤如下

S201：系统时钟以10ms一个tick的频率持续发生并调用对应的中断处理函数；

S202：在中断处理函数中检测当前运行的任务，也即监测所述每个系统任务的任务ID和任务调度次数，统计时钟中断触发的次数；

S203：通过监测任务ID和计数判断该任务是否切换，也即判断当前任务是否与上次检测到的任务相同。如果不同，则这期间任务发生了切换，表明任务调度已工作，系统实时性正常，返回上一步继续检测；如果相同，还需要再通过任务切换的总次数是否增加来判断任务是否发生了切换。如果有增加则表 示任务切换过，返回上一步继续检测S202；如果切换次数未增加，则往下一步处理S204；

S204：累加任务连续运行的Tick数；对任务A以tick数为时间单位统计其连续运行的时长；

S205：判断Tick数是否超过门限，也即判断系统任务的运行时间是否超出了预设的门限(N个tick)。若任务A未超门限，则继续检测S202；否则往下一步处理S206，根据检测目的不同，N也可以不同。为了保护环倒换性能的目的，N应与环倒换的性能指标相关联；

S206：降低当前任务优先级，运行当前高优先级，也即当高优先级5的任务连续运行的时间超过预设的监测门限15ms，将高优先级任务tHigh的等级减低到需要及时调度的任务优先级4之下，设置为该任务tHigh优先级为3；

S207：判断降级后的任务连续运行时间是否超过预设的监测门限；

S208：当监测到降级后的任务tHigh连续运行时间超过预设的监测门限45ms，将该任务等级再次降低为2。

另外，在S206中，对于超门限的系统能够任务视为影响系统实时性的重点排查对象，因此将其任务ID、运行时长、和当前系统时钟记录下来，同时可靠期间，这些信息也备份到高端内存中以便系统万一发生异常重启后也能查看。系统中定义一个全局变量用来表示当前是否调试模式。当版本处于内部测试状态，可以设置为调试模式以获取更多的信息进行定位。

在现场应用的情况下，不能设置为调试模式，此时可以有选择的设置是否对高优先级且长期占用CPU的任务自动降低其优先级。在待怀疑的任务被挂起或者降低优先级后，将会打印一个log记录此事件以方便系统维护。

图3为本发明实施例提供的一种嵌入式系统任务响应性能的监测调整的系统的结构图，所述系统包括：

系统任务设定模块31，用于根据所述系统任务的重要性预设所述系统任务运行的优先级，其中所述系统任务都设定任务运行的门限时间；

系统任务监测模块32，用于监测每个系统任务的运行信息，其中所述运行信息包括任务ID、任务调度次数和时钟中断次数；根据所述监测到每个系统任务的运行信息计算所述系统任务连续运行的时间；

系统任务调整模块33，用于当监测到高优先级系统任务的连续运行时间超过预设的门限时间，将所述高优先级系统任务的优先级减低到需要及时调度的系统任务的优先级之下。

具体地，对于系统任务设定模块31，这里所谓的系统任务的重要性三点因素一般包括系统任务的在嵌入式系统的运行时长，其它系统任务对于该系统任务的依赖程度以及该系统任务自身的及时性。基于上述三条因素一般由软件设计人员根据经验或者是将整个系统任务根据三条因素进行计分排名设置运行优先级。

另外，每个系统任务都设定一个门限时间，门限时间根据该系统任务在系统可能的时长，一般比测试获得的时长略大，但是也不是一定的，在本发明中中该门限时间将与其优先级有很大关系。

对于系统任务监测模块32，具体地，在本发明中，整个系统监测每个系统任务的运行信息，其中通过通过在任务调度的钩子函数taskSwitchHook(每次有任务切换的时这个钩子函数都会被调用)中记录当前调度到的任务ID，并对任务调度的次数做累加，直到下一次任务调度前均是该任务持续运行的阶段。

通过在时钟中断的处理函数TickAnnounce(每个tick会自动上报一个中断并回调此函数，tick一般为10ms)中结合当前任务的ID以及任务调度次数的信息，就可以知道当前的任务是否处于连续运行状态。

系统任务调整模块33，具体地，对每个系统任务都进行监测，包括了高优先级的系统任务、优先级略低的及时性要求高的系统任务以及低优先级的系统任务，当高优先级系统任务的连续运行时间超过预设的门限时间时，在本发明中将采用将高优先级系统任务的优先级减低到需要及时调度的系统任务的优先级之下。这里的及时调度的系统任务的优先级一般也是比较高的，但是由 于系统中还有其它对于及时性要求更高的系统任务，因此，对于这类任务一般设置最高优先级，但是其运行时长一般比较短。根据系统任务运行时长与门限时间的关系对系统任务优先级的调整是本发明重要特征。

为了进一步说明系统任务再调整的具体过程，所述系统还包括系统任务再调整模块34，用于当监测到所述降级后的高优先级系统任务连续运行时间再次超过预设的门限时间，将所述降级后的高优先级系统任务的优先级再次降低。

具体地，将采用将高优先级系统任务的优先级减低到需要及时调度的系统任务的优先级之下而后，由于该降级后的高优先级系统任务连续运行时间再次超过预设的门限时间，必然造成同等优先级和需要及时调度的较低优先级的系统任务的无法执行，一般而言此类问题在实际一般极少出现，但是如果用超常规方法查找此类问题将是一个巨大的工程，而采用再次调整其优先级时将会容易查找该问题并使得系统任务依然能够继续执行，保证系统的安全形和及时性。

另外，本发明中还可以采用将同等优先级的系统任务根据其对于及时性要求或其它任务对于其的依赖程度设置不同的门限时间，这里主要根据系统任务的任务ID就可以设别，例如：不同区间的任务ID设置不同的门限时间。

为了具体说明计算每个系统任务连续运行的时长的过程，所述系统任务设定模块31还包括：

不同优先级的系统任务预设不同的系统任务运行的门限时间，高优先级系统任务的门限时间小于低优先级系统任务的门限时间。

具体地，首先，通过在任务调度的钩子函数taskSwitchHook(每次有任务切换的时这个钩子函数都会被调用)中记录当前调度到的任务ID，并对任务调度的次数做累加，直到下一次任务调度前均是该任务持续运行的阶段。

其次，通过在时钟中断的处理函数TickAnnounce(每个tick会自动上报一个中断并回调此函数，tick一般为10ms)中结合当前任务的ID以及任务调 度次数的信息，就可以知道当前的任务是否处于连续运行状态，连续运行的时间可以通过tick的时长与tick次数相乘来计算(最大误差为-1tick)。

为了具体说明每个系统任务与门限时间的关系，所述系统任务监测模块32包括：

监测所述每个系统任务的任务ID和任务调度次数，判断当前系统任务的任务ID和任务调度次数与上次系统任务的任务ID和任务调度次数做比较，当两者一致时，根据统计时钟中断触发的次数，将时钟中断时长与时钟中断触发的次数相乘获得所述系统任务连续运行的时间；

当两者之一不同时，重新监测每个系统任务的任务ID和任务调度次数。

一般而言，不同的优先级的系统任务将对应不同的系统任务运行的门限时间，由于，高优先级的系统任务将优先在系统中运行，其在系统运行中的时长不可能过长，因此其中高优先级的系统任务的门限时间要小于低优先级系统任务的门限时间。

另外，本发明还提供了另外一种方式，相同优先级的系统任务将对应不同的门限时间，该门限时间将根据系统任务的任务ID进行预设。该方法将进一步丰富对于多系统任务出现超时长运行或死循环的处理手段。

为了进一步明确对于超时长的系统任务的处理手段，所诉系统任务监测模块32还包括：将对所述高优先级系统任务告警，

和/或将所述高优先级系统任务挂起。

在此提供的算法和显示不与任何特定计算机、虚拟系统或者其它设备固有相关。各种通用系统也可以与基于在此的示教一起使用。根据上面的描述，构造这类系统所要求的结构是显而易见的。此外，本发明也不针对任何特定编程语言。应当明白，可以利用各种编程语言实现在此描述的本发明的内容，并且上面对特定语言所做的描述是为了披露本发明的最佳实施方式。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细 示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的用于报文处理的规则表项的优化装置中的一些或者全部部件的一些或 者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。这样的实现本发明的程序可以存储在计算机可读介质上，或者可以具有一个或者多个信号的形式。这样的信号可以从因特网网站上下载得到，或者在载体信号上提供，或者以任何其他形式提供。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

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。