基于VxWorks系统的多任务间共享内存的管理方法与流程

本发明属于vxworks共享内存技术领域，具体涉及一种基于vxworks系统的多任务间共享内存的管理方法。

背景技术：

vxworks是由美国风河公司推出的运行在目标机上的高性能、可裁减的嵌入式实时操作系统。vxworks以其卓越的实时性和良好的可靠性被广泛地应用在通信、军事、航空、航天等高精尖技术及实时性要求高的领域中。

为了保证整机的实时性能，目前稍复杂的程序开发大多采用多任务设计，将实时性能要求最高的任务分配最高优先级，其他任务在满足功能性能指标的同时可以延缓执行，多任务之间往往需要进行交互，目前主要存在以下几种通信方式。

1、信号量是任务间最快速的通信机制，vxworks系统提供了二进制、互斥和计数三种信号量，用于解决任务间的互斥和同步。二进制信号量主要用于任务的同步，互斥信号量可以解决内在的互斥问题，主要用于优先级继承、安全删除等，计数信号量在二进制信号量的基础上增加了计数功能，可以解决一个资源多个成员需要保护的情况。信号量机制通信速度快、系统开销小、处理方法简单，但无法附带更多的信息，不能用于数据交换。

2、在vxworks中，消息队列是一种相对高级的任务间通信机制，消息队列的使用灵活，实现起来比信号量稍复杂。优点是它可以传递更多的信息，能够用于任务间的数据通信，但由于它的系统开销较高，当传送消息频繁或数据量大时，通信效率会降低，这对于高实时性系统环境来说，可能导致通信超时问题。

3、共享内存是任务间数据通信常用的方法，在多任务间通信时将同一块地址空间的内存进行共享，为防止访问冲突，目前常见的做法是用互斥信号量对共享内存进行上锁，保证数据的正确性。该方法不允许多个任务同时访问该区域，操作上比较安全，但对于需要大量数据交换的情况，该方法效率低下，可能存在优先级高的任务过度抢占，导致低优先级任务无法正常工作。

为了弥补现有多任务间数据通信处理方法的不足，在满足任务间大数据量频繁通信的需求的同时，提高程序的响应实时性和运行可靠性，迫切需要一种更优的解决方案。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何实现一种基于vxworks系统的多任务间共享内存管理方法，解决现有多任务间数据通信处理方法的问题，满足任务间大数据量频繁通信需求的同时，提高程序的响应实时性和运行可靠性。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于vxworks系统的多任务间共享内存的管理方法，包括以下步骤：

步骤1、确定总的执行任务，包括数据接收任务、数据记录任务、断电保护任务、周期自检任务，设置任务优先级顺序为：数据接收任务>断电保护任务>数据记录任务>周期自检任务，其中数据记录任务的数量为1；

步骤2、根据估算的实际通信容量和频率，通过malloc函数动态申请一块容量足够的全局内存g_pool，并将内存块g_pool等长划分为n个数据块，其中根据接收的数据量将每个数据块的大小定为1024字节，数据块的个数定为10000；

步骤3、通过msgqcreate函数先建立1个成员数为10000的全局消息队列，命名为msgq1，将其属性设置为先进先出msg_q_fifo，数据长度为2字节即可满足标号为10000的需求，并将数字1～10000发送至队列msgq1，将msgq1填满，通过此方式将msgq1的标号与共享内存g_pool中的每个数据块建立一一对应的关系；然后再建立1个成员数为10000的全局消息队列，命名为msgq2，将其属性设置为按优先级排队msg_q_priority，数据长度为6字节，包括消息标号、消息类型、消息长度三个信息；

步骤4、在系统启动后，数据接收任务通过接收msgq1申请标号，来对共享内存g_pool进行操作，将共享内存g_pool的数据填写完成后，通过发送消息至msgq2，完成对数据记录任务的告知；

步骤5、数据记录任务通过实时接收msgq2中信息，根据消息标号和数据长度来获取共享内存g_pool中的数据内容，根据消息类型对数据内容进行解析及实时处理，并将接收到的标号发送回msgq1中；

步骤6、重复步骤4和5，数据接收任务、断电保护任务、周期自检任务在实时申请标号后，向数据记录任务发送数据，数据记录任务根据接收的消息执行对应操作，并完成对标号资源的释放。

优选地，步骤4中，设数据接收任务发送消息类型为1～4，分别作为接收通道的标识。

优选地，步骤4中，设断电保护任务发送的消息类型为5。

优选地，步骤4中，设周期自检任务的消息类型为6。

优选地，步骤4中，数据长度为实际传送数据长度，范围是1～1024字节。

优选地，步骤4中，数据接收任务、周期自检任务发送msgq2时，参数选择正常优先级msg_pri_normal发送，断电保护任务发送msgq2时，参数选择msg_pri_urgent发送。

优选地，步骤5中，数据记录任务对于消息类型为1～4的数据内容，分通道进行数据存储记录。

优选地，步骤5中，若接收到的消息类型为5，代表检测到了断电信号，此时停止写数据文件的操作。

优选地，步骤5中，对于类型为6的消息，单独存储或与其中一个通道合并存储。

本发明还提供了一种所述的方法在vxworks共享内存技术领域中的应用。

(三)有益效果

本发明首先根据实际需要动态申请一块全局内存，并将内存块等长划分为n个数据块，建立m+1个成员数为n的全局消息队列，并用数字1～n标号将消息队列1填满，标号与全局共享内存的数据块一一对应，多个任务根据消息队列1得到标号，来对共享内存进行操作，并通过消息队列2～m+1对接收任务1～m进行告知，从而高效地实现多任务间共享内存的管理和数据通信。本发明通过通用化的设计，解决了多任务间频繁大量数据交换的需求，并提高了程序的可靠性，适用于所有使用vxworks系统的软件。

附图说明

图1是本发明一种基于vxworks系统的多任务间共享内存的管理方法中通信原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明为vxworks系统多任务间频繁大量数据交换的需求，提供了一种通用的解决方案，该方案能够支持多个任务对共享内存同时进行操作，并完成任意任务之间的大量数据交换，在保证任务间数据处理的实时性的同时，提高了系统可靠性。本发明采用通用化的设计，逻辑机理清晰，实现灵活简单，程序可移植性高，适用于所有使用vxworks系统的软件。

本发明一种基于vxworks系统的多任务间共享内存的管理方法的技术原理是将消息队列1至消息队列m+1共m+1个消息队列中的消息队列1和共享内存块进行绑定，两者数量一一对应，利用vxworks系统对消息队列的维护机制，保证多任务间能够同时通过接收消息队列1来申请利用共享内存块，并通过消息队列2～m+1来将共享数据传递给其他任务。以最简单的一发一收任务模型为例，该数据流原理如图1所示。

进一步地，该消息队列1的功能相当于一组信号量，消息队列1中的每个成员相当于一个信号量，成员内存放的是共享内存块的标号，得到标号才可以访问对应的共享内存块，从而在系统层面防止了多个任务间对共享内存的访问冲突，提高了程序运行的可靠性。

进一步地，该消息队列2对应其中任务1的数据接收，其他多个任务均可以通过该消息队列2向任务1发送消息，消息队列2中存放的内容为共享内存块的标号、数据类型和实际有效内容的长度，仅占用几个字节即可进行收发任务之间的信息传递，而实际对应共享内存块中可能包含几kb的实际内容，通过类似指针处理的方式，可以大幅提高任务间数据传递的效率。

进一步地，消息队列2的与任务间的映射关系为多对1，用于任务间通信的消息队列的数量等于需要接收数据的任务数量，从而能够实现任务间的任意通信。

下面结合具体的实施例，将上述方案进行详细分解，某任务数据记录器要保证接收数据实时性、完整性的同时，完成设备状态上报，及数据记录的功能。具体实施步骤如下：

步骤1、首先，根据系统需求确定总的执行任务，包括数据接收任务、数据记录任务、断电保护任务、周期自检任务，设置任务优先级顺序为：数据接收任务>断电保护任务>数据记录任务>周期自检任务，其中，数据接收任务、断电保护任务、周期自检任务对应图1中的任务1，数据记录任务对应图1中的任务2，其数量为1；

步骤2、其次，根据估算的实际通信容量和频率，通过malloc函数动态申请一块容量足够的全局内存g_pool，并将内存块g_pool等长划分为n个数据块。这里，根据接收的数据量将每个数据块的大小定为1024字节，数据块的个数定为10000；

步骤3、通过msgqcreate函数先建立1个成员数为10000的全局消息队列，命名为msgq1，将其属性设置为先进先出msg_q_fifo，数据长度为2字节即可满足标号为10000的需求，并将数字1～10000发送至队列msgq1，将msgq1填满，通过此方式将msgq1的标号与共享内存g_pool中的每个数据块建立一一对应的关系；然后再建立1个成员数为10000的全局消息队列，命名为msgq2，将其属性设置为按优先级排队msg_q_priority，数据长度为6字节，包括消息标号、消息类型、消息长度三个信息；

步骤4、在系统启动后，数据接收任务通过接收msgq1申请标号，来对共享内存g_pool进行操作，将共享内存g_pool的数据填写完成后，通过发送消息至msgq2，完成对数据记录任务的告知。

其中，数据接收任务发送消息类型为1～4，分别作为接收通道的标识；断电保护任务发送的消息类型为5，周期自检任务的消息类型为6；数据长度为实际传送数据长度，范围是1～1024字节。

其中，数据接收任务、周期自检任务发送msgq2时，参数选择正常优先级msg_pri_normal发送，断电保护任务发送msgq2时，参数选择msg_pri_urgent发送，既保证正常接收数据的先进先出特性，又保证断电保护操作被执行的实时性。

步骤5、数据记录任务通过实时接收msgq2中信息，根据消息标号和数据长度来获取共享内存g_pool中的数据内容，根据消息类型对数据内容进行解析及实时处理，并将接收到的标号发送回msgq1中，这样其他任务(数据接收任务、断电保护任务、周期自检任务)能够在后续申请到该标号，完成了该内存块的回收。

其中，数据记录任务对于消息类型为1～4的数据内容，分通道进行数据存储记录；若接收到的消息类型为5，代表检测到了断电信号，此时停止写数据文件的操作，防止文件意外损坏；对于类型为6的消息，可考虑单独存储或与其中一个通道合并存储。

步骤6、重复步骤4和5，三个任务(数据接收任务、断电保护任务、周期自检任务)在实时申请标号后，向数据记录任务发送数据，数据记录任务根据接收的消息执行对应操作，并完成对标号资源的释放。

通过上述步骤，稳定高效地实现了vxworks系统多任务间共享内存的管理和数据通信。并且针对不同的系统需求，根据需缓存内容的大小，只需调整几个参数就能灵活地改变共享内存的大小、内存块数量和消息传输的格式，在保证程序可靠性和效率的同时，提高了程序的通用性和可移植性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。