数据交换 - 基于S3C2440的Ethercat实现

4 数据交换

　　主从站之间交换的数据主要分两种形式：一种是周期性数据;另一种是非周期性数据。周期性数据传输可以根据任务的紧迫性划分其优先级，通过采用EDF算法调度任务，把划分好优先级的任务放入缓冲区供系统调用。缓冲区为在内存中分配的一段空间，两端都可以访问缓冲区中的数据;非周期性数据采用邮箱方式传输，此时一端写入数据到内存，且只有此段内存写满后另一端才能开始从内存中读取数据，并且只能当内存中的数据全部读出时，才能重新写入数据。针对这两种数据通信方式，从站程序可以对非周期性数据通信采用查询方式，对周期性通信采用中断方式，程序流程图如图4、图5所示。

　　

 

　　图4 中断方式

　　

 

　　图5 查询方式

　　5 最小截止优先(EDF，EarlieST Deadline First)算法

　　系统对周期性任务采用最小优先级优先算法进行调度，调度算法在ARM微控制器中实现。处理器对紧迫性事件的处理能力决定了系统处理突发事件的能力，把系统各种需要调度的任务按照紧迫程度用优先级来划分，通过采用最小截止期优先算法来动态优先处理突发事件。

　　EDF全称Earliest Deadline First。最早截止时间优先算法(EDF)也称为截止时间驱动调度算法(DDS)，是一种动态调度算法。EDF在调度时，任务的优先级根据任务的截止时间动态分配。截止时间越短，优先级越高。如果一个任务集负载U<=1，则是可调度的。EDF 调度算法已被证明是动态最优调度， 而且是充要条件。处理机利用率最大可达100% 。但瞬时过载时， 系统行为不可预测， 可能发生多米诺骨牌现象， 一个任务丢失时会引起一连串的任务接连丢失。所有实时任务必须满足以下限制条件：

　　(1)所有实时任务均为周期任务，且周期大于或等于截止期。

　　(2)所有实时任务必须在其截止期到来前结束。

　　(3)所有实时任务相互独立。

　　(4)所有实时任务具有恒定的运动时间。

　　任务按周期由大到小排列为

EDF以任务的截止期与当前时刻的距离确定任务优先级(称这一距离为时限距离)，距离越近，优先级越高，因此，EDF总是选择当前最迫切需要完成的任务获得处理器。Liu和Layland证明如下：

 

　　对于由n个周期任务组成实时任务集，当且仅当：

　　

 

　　其中Ci为计算机时间，该任务集能够由EDF调度。

　　EDF是最优动态可抢占优先级调度，对于任何实时任务集，只要存在可行的动态调度算法，则必可由EDF调度。需要注意的是，EDF只在出现任务实例就绪时调整任务的优先级。

　　6 结束语

　　EDF算法是对周期性任务的动态优先级调度算法，存在以下缺点：①调度算法是针对周期性任务而言的，没有考虑对实时系统中突发任务(非周期性任务)的调度，且周期任务要求彼此独立。②调度算对周期和时限宽度相同的同步周期任务，即使在处理器利用率很低的情况下，也可能产生不了合理的调度。因此在这种情况下，必须进行调度算法的可行性分析[10]。