C_C_语言定时任务的实现方法和应用

第39卷　第3期有色金属加工

Vo l 139　No 132010年6月NON FERROU S M ET ALS PRO C ESS I N G

J une 2010

C /C ++语言定时任务的实现方法和应用

杨晓岚

(东南大学自动化学院南京211102)

摘　要:对实时系统中的定时任务的实现方法和应用进行介绍与分析,并对在V isual C ++中实现定时任务的多种方法进行了分析比对,此外还对时钟系统的管理进行了较为深入的研究。关键词:实时系统;定时任务;C /C ++

中图分类号:TP39 文献标识码:A 文章编号:1671-6795(2010)03-0061-03

收稿日期:2010-01-08

在实时系统中,定时任务是至关重要的。它不仅要维护系统内部的时间,提供系统的日历时间管理,像已有很多任务是周期性定时运行的,有很多任务可能需要延时,有些任务等待事件、消息时,需要设置一个超时控制时间,以便在超过这个时间而尚未收到事件或消息时,能够被激活而不再无限期的等待下去。同时,任务在使用外部设备时,也需要有超时控制时间,以便在外部设备没有响应时,能够把外部设备的情况通知给任务,而所有这一切,都和定时任务的管理有关。在中色万基铝板带工程1+1轧机自动控制中采用该类型程序定时从P LC 定时取数并加以计算,并显示在电脑屏幕中供使用者参考和操作;在中铝大冶高精度铜板带项目的粗轧机自动控制中风机电机、轧辊升降电机、导向辊电机的控制都是通过定时任务来完成的,大大提高了电机动作的准确性和效率。

为了保证实时控制系统的控制精度往往要求能精确定时,我们在Visual C ++中提供多种定时方案,对常见的几种定时方法进行了对比分析,根据定时要求分别采用消

息W M _TI M ER 定时,GetTickCount (),QueryPerf or mance 2Frequency ()和QueryPerf or manceCounter ()函数及多媒体定

时器,系统定时中断(硬件定时器)等多种方法;提出了在各个精度要求下的定时方案,合理的解决了各种定时问题;同时考虑到实时系统的时钟系统在定时任务实现中的重

要性(很多定时任务往往都依赖时钟系统来完成),并就实时系统的时钟管理进行了一定深入的研究,并对时钟管理本身的高效性提出了一些想法。

具体各种定时方法的设计实现将在下面作详细介绍。

1　C /C ++下几种精确定时任务的实现

方法与比较

1.1　基于WM _TI M ER 消息的定时

W indows 提供了一个系统定时器,调用Set Ti m er ()函数为程序分配一个定时器,应用程序响应Set Ti m er ()函数发送来的消息WM —TI M ER,在回调函数

中完成相应操作。windows 系统定时器是I B MPC 硬件和ROM B I O S 构造的定时器逻辑的一个相当简单的扩展。PC 的ROM 初始化8253定时器芯片产生硬件中断08H 。中断08H 每隔541915m s 产生一次或1812次/s,所以W indows 系统定时器的最小周期为55m s 左右,即应用程序每秒只能处理18个实时任务。

此外,这个定时器消息的优先级太低,只有在所有的

消息(除了消息WM P A I N T )被处理后才能被处理。因此setTi m er ()函数只能用于一般的定时,它远远不能满足定时周期较小和精确要求的应用系统。1.2　基于GetTickCount ()函数的定时

在精度要求较高的情况下,如要求误差不大于1m s 时,可以利用GetTickCount ()函数。该函数的返

回值是DWORD 型,表示以m s 为单位的计算机启动后经历的时间间隔。精度比WM —TI M ER 消息映射要高,在较短的定时中其计时误差为15m s,在较长的定时中其计时误差较小。但若定时时间太长,就可能出现死机一样的现象,CP U 占用率非常高,一般只能用于要求不高的延时程序中,如要求误差不大于1m s 的情况。

下面的代码可以实现50m s 的精确定时,其误差小于1m s 。

DWORD dwStart,dwSt op;//起始值和中止值

d wSt op =GetTickCount ();

while(TRUE)

{

d wStart=d wSt op;//上一次的中止值变成新的起始值

do{

d wSt op=GetTickCount();

}while(d wSt op-50

}

1.3　基于Query Perf or mance Frequency()和Query

Perf or mance Counter()的定时

对于精确度要求很高的定时操作,可以使用Query Perfor mance Frequency()和Query Perfor mance Counter()函数。这两个函数是VC/C++提供的仅供windows95及其后续版本使用的精确时间系统函数,并要求计算机从硬件上支持精确定时器。现在通用的计算机的软硬件环境一般都支持该功能。

该方法实现的精确定时器的具体工作机制是:首先调用Query Perf or mance Frequency()函数获得机器内部定时器的时钟频率,然后在需要严格定时的事件发生之前和发生之后分别调用Query Perfor mance counter()函数,利用两次获得的计数之差及时钟频率,计算出事件经历的精确时间。其定时误差不超过1us,精度与CP U等机器配置有关。

下面的程序用来测试函数Sleep(100)的精确持续时间:

LARGE_I N TEGER lit m p;

LONG LONG QPart1,QPart2;

double df M inus,dfFreq,dfTi m;

QueryPerf or manceFrequency(&lit m p);//获得计数器的时钟频率

dfFreq=(double)lit m p.QuadPart;

QueryPerf or manceCounter(&lit m p);//获得初始值

QPart1=lit m p.QuadPart;

Sleep(100);

QueryPerf or manceCounter(&lit m p);//获得中止值

QPart2=lit m p.QuadPart;

df M inus=(double)(QPart2-QPart1);//获得对应的时间值

dfTi m=df M inus/dfFreq;

由于Sleep()函数自身的误差,上述程序每次执行的结果都会有微小误差。1.4　基于多媒体定时器的定时

微软提供了精确定时器的底层AP I,支持能够提供高精度的定时器服务,利用多媒体定时器可以精确地读出系统的当前时间,并在很精确的时间间隔内处理事件,多媒体定时器定时思路:

1)在项目中插入W indows Multi m edia L ibrary组件,此时多媒体定时器所需的头文件(MMSyste m.h)和库(winmm.lib)将自动插入工程的Stdafx.h中;

2)利用ti m eGet D evCap s()函数得到定时器分辨率等信息;

3)利用ti m e BeginPeri od()函数设置定时器分辨率;

4)利用ti m eSetEvent()函数设置定时间隔,启动定时器;

5)使用定时器后则应及时地调用ti m eKillEvent ()函数删除定时器句柄;

6)利用ti m eEndPeri od()函数删除定时器的分辨率。

在设计多媒体定时器时应注意以下事项:

本方法比较适合系统中有周期性需要执行的任务如定时采集控制等此时可将需要周期性执行的任务定义在ti m eSetEvent()函数中指定的LpTi m ePr oc ()回调函数中,需要注意的是任务处理的时间不能大于周期间隔时间;多媒体定时器对实现较高精度定时是比较理想的工具其精度也较为可靠;定时器的任务完成后要及时删除,否则占用太多内存系统会变得越来越慢,删除定时器,首先删除定时器句柄,然后删除定时器分辨率。多媒体定时器的定时精度可以达到1m s。

2　实时系统的时钟管理

为了使计算机具有计时功能,几乎所有的计算机,都配置有时钟定时器。这种定时器硬件为系统提供了时钟滴答中断功能,使得系统可以依据时钟滴答中断来进行各种计时工作。这些计时工作,包括系统日历时间的维护、统计任务的运行时间、提供调度的实时性依据、控制任务的延时运行、控制任务的周期性定时运行、任务在等待信号量、消息或事件时进行必要的超时控制,任务在启动外部设备时,进行必要的超时控制等。

上述所有的功能是通过tick中断来完成的,tick 的频率决定了实时系统的时间分辨率,tick中断频率越高,时间分辨率越大,为此付出的代价也越大。于

(下转第46页)

6　不足与缺陷

经过多次生产,也暴露出改造存在的不足:

①部分辊子由皮带传动,在卷取后期,卷外径越来越大,卷材越来越重,用于部分辊子传动的皮带负载越来越大,容易产生皮带打滑,甚至断裂。为了保证连续生产,只有限制卷取速度不得超过25m/m in,现已计划将皮带传动改为链条传动。

②三辊预弯液压缸分传动侧和操作侧共2只,共用一个阀台和进出油管。在重负荷的情况下,油缸有轻微内泄,而位移传感器只安装在操作侧,无法测得传动侧下辊的精确位置,导致有时三辊预弯装置辊缝不平行,对卷材塔形不利。

③铸锭经热轧成带材后,由于不同成分的合金在不同的终轧温度时,其弹性回复不同,而热轧机出口没有测量带厚的传感器,故控制系统无法得知终轧后的带材的厚度,所以三辊预弯装置的重叠量无法由控制系统自动计算后得到。预弯辊的辊缝定位完全由操作工的经验来设定,无法自动摆辊缝。

④侧导卫板的强度不够,一旦出现辊缝不平行、卷材严重侧弯等情况,侧导卫板不能很有效地保证工位,对成卷带材塔形不利。

7　总结

改造结束后,经过多次生产,证明改造效果良好。卷取时间不超过6分钟,铸锭从出炉、热轧到卷取成卷,耗时约18分钟,相比以前的联机铣面工艺而言,平均每根铸锭可节约12分钟左右,效率大大提高,天然气、水、电吨耗均大幅下降,卷取塔形小于1c m,卷取内径为750±2。

R e c o n s tru c tio n o f M a n d re lle s s U p c o ile r o f C op p e r S trip H o t R o llin g M ill

L U Hu i

(J invi Copper equi pment divisi on,T ongling,Anhui,244000,China)

A b s tra c t:The a rti c l e i n tr o duce s the reco n struc ti o n o f m a nd re ll e s s up co il e r o f copp e r stri p ho t r o lli ng m ill,i nc l ud i ng m e chan i ca l s truc tu re and sp ee d co n tr o l o f the up co il e r,p re se tti ng o f3r o lls p rebend i ng de vi ce,p a ram e te r se tti ng o f6RA70DC co nve rte r, the da ta comm un i ca ti o n s be t w e en S72300s.Afte r the reco n struc ti o n,the p l an t i nc rea se d p r o duc t effi c i e ncy a nd reduce d the co n sum p ti o n o f na tu ra l ga s,w a te r,e l e c tri c ity,e tc.O n the o the r hand th is a rti c l e a lso summ a ri ze s the defi c i e ncy o f th is re co n s truc ti o n.

Ke yw o rd s:m and re ll e s s up co il e r;6RA70co nve rte r;3r o lls f o r p re be nde r

(上接第62页)

是,为了减小开销,设置一个时钟任务用来管理大部分的时间管理工作,为系统提供时钟服务,让时钟滴答中断做比较少的工作。上面所述的时钟管理功能,被分为两个部分的工作,一部分在时钟中断处理,有点类似于时钟管理的预处理;另一部分在时钟任务中完成。

当定时器硬件发出中断信号后,立即中断当前任务的运行,按时钟中断向量转入内核的时钟中断处理程序。首先是关中断,把任务被中断时CP U的所有寄存器,保护在当前运行任务的Tc B(任务控制块)中,然后,调用时钟滴答处理函数Cl ocktick进行处理。Cl ocktick仅作一些简单的计时工作,只在必要时,才发消息给时钟任务去处理,并立即返回到用户任务。在这期间,有些任务的状态可能发生变化。所以,在退出内核之前再调用调度程序,对任务进行调度,由调度后的当前任务的T CB中恢复CP U各寄存器内容。最后,打开中断,恢复用户任务的运行。这样就可以大大的简化tick中断的开销。

3　总结

在微型机应用系统中,许多场合都要用到定时或计数功能,如产生精确的定时时间(在规定的时间对温度、压力、流量等参数进行检测和控制)、对外部事件进行计数等(按计数的结果进行控制)。本文总结了在W indos系统下用V isual C++实现定时任务的多种方案,并对各种精度的定时任务进行了对比分析,提出了解决方案。此外,还对操作系统中定时器的时钟机制进行了较为深入的研究,并对时钟管理本身的巨大开销提出了一些想法。利用系统时钟提供

(下转第54页)

4.1　抑制谐波电流的放大

⑴滤波器

由一个电抗器和一个电容器组成的谐振电路并调谐为对某一谐波电压具有极小的阻抗,该调谐的谐振电路用于精确的清除配电网络中的主要谐波成分。单调谐滤波器的特性如下:

电抗器的感抗:Z

L

=2πf L;电容器的容抗:Zc=1/ (2πfC);随着频率的增加电感感抗增加,同时电容容抗减少,系统阻抗也从容性阻抗转变为感性阻抗,在f ′点系统阻抗最小(仅为线路电阻),而在f′的左侧(f f′)系统阻抗呈现感性,f′是滤波器的谐振频率。

⑵抗谐波无功补偿(带调谐电抗器的电容器组补偿系统)

在电网中并入的补偿电容,由于其电容特性和电感的配合会形成固定的谐振频率(式1),系统谐波源发出的谐波如果处于此范围内会引起系统谐振;为了消除系统谐振的可能性,在补偿电容电路中串入电抗器,形成电感-电容回路,使其谐振频率低于系统最低次谐波(通常为第五次谐波)频率,使其在工频时(50HZ)呈电容性,以提供无功功率来改善功率因数,而在谐波频率时呈电感性,防止并联谐振的发生,而无谐波放大之虑。又因阻抗匹配的结果,此电容器组也能吸收较低次的谐波电流(如第五次谐波)的10～40%(图5)。

4.2　在谐波源处吸收谐波电流

有源滤波器。借助于两个电流/电压互感器,有源滤波器的电子设备记录了实际的电流曲线,电流曲线被以10k HZ的频率来采样,依据采样值的大小,通过I G BT桥式电路和注入线圈将一移相180°的电流注入电网,即一个正值被一个负值抵消掉了。

5　结论

由于社会的发展、电力需求的增大,人类对电能的依赖越来越大,因此保证供电电网的净化越加重要,减少对公共电网的污染是每个用电用户的责任和义务。要建立可持续发展的社会,每个公民、每个企业都必须考虑环境的保护。电是无形无味的,所以人们往往会忽视其污染,但用电又是直接与每个人有关的事,所以保证电网净化,让其正常安全的运行是非常重要的。

H a rm o n ic G e n e ra tin g P rin c ip le a n d C o n tro l M e th o d

L I J i m i n g,Y U Y ong

(Luoyong Engineering&Research I nstitute For Nonferr ousMetal Pr ocessing,Luoyong,Henan,471039,China)

A b s tra c t:A g rea t qua n tity o f ha r m o n i c a re gene ra ted i n e l e c tri c ne t w o rk,due t o u se m a ny no n li nea r e l em en ts.I t is co n tam i na ti ng e l ec tri c ne t w o rk.Each ha r m o n i c is a b so rbed by si ng l e-regu l a ti ng ha r m o n i c a b so rbe r t o i nh i b it am p li fi ca ti o n o f ha r m o n i c cu rren t a nd p u ri fy e l e c tri c ne t w o rk.

Ke yw o rd s:first ha r m o n i c;ha r m o n i c;w a ve filte r;i nduc ti ve re ac ta nce

(上接第46页)

的信号机制在V isual C++环境下设计一种多任务定时服务器,使它具有集中式的时钟管理模式和良好的软件移植性,不仅适用于一般定时功能的应用程序中,而且可以运用子实时性要求很高的应用系统,如实时数据采集系统等,通用性很强。

参考文献[1]于勇,雷志勇.windows下实时测控系统的实现[J].现代电子技术,

2005,(5).

[2]肖晓红,王芙蓉,张士军等.可移植的多任务定时服务器的设计与

实现[J].计算机工程与应用,2002,(01)

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[4]郑宗汉.实时系统软件基础[M].清华大学出版社,2003.

R e a liza tio n a n d A p p lic a tio n o f i m p lem e n te d Ti m in g J o b in C/C++

YANG X i a oLan

(School of Aut omati on,NanjingSoutheast University,J iangsu,211102,China)

A b s tra c t:I t is the i n trduc ti o n a nd ana l ys is o f the rea li za ti o n and app li ca ti o n o f i m p l em e n te d ti m i ng ta sks o f ti m i ng fo r re a l-ti m e sys tem,com p a ri ng va ri e ty o f ta sks t o ach i e ve ti m i ng ta sks i n V isua l C++.I n a dd iti o n a m o re de ep study is m ade i n the m a na gem e n t o f the c l o ck sys tem.

Ke yw o rd s:R T O S;ti m i ng ta sk;C/C++