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3. 3軟PLC任務(wù)線程的調(diào)度

3. 3. 1多線程

多線程程序是指在一個進(jìn)程中同時運(yùn)行多個線程，每個線程完成不同的任務(wù)。采用多線程編程可充分利用進(jìn)程中的共享資源、減少進(jìn)程切換所需的資源切換、從而大幅提升CPU的使用效率，多用于需要花大量時間處理以及處理大量 10數(shù)據(jù)等耗時的應(yīng)用程序。

軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)主要是對I/O輸入輸出影響區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用多線程編程可提升控制系統(tǒng)的性能，因此在程序啟動后主線程會為每個任務(wù)創(chuàng)建對應(yīng) 的線程。然而通用PC機(jī)只有一個CPU,每一時刻只能執(zhí)行一個任務(wù)線程，多個線程之間通過快速地進(jìn)行切換來實(shí)現(xiàn)運(yùn)行。因此要實(shí)現(xiàn)軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)多任務(wù) 的并行運(yùn)行就必須對任務(wù)線程進(jìn)行調(diào)度，確保每個任務(wù)順序執(zhí)行。下面在介紹操作系統(tǒng)調(diào)度原理的基礎(chǔ)上給出本軟PLC系統(tǒng)的調(diào)度方法。

3. 3. 2線程調(diào)度原理

線程是操作系統(tǒng)的最小調(diào)度單位。對于通用PC機(jī)而言，計算機(jī)操作系統(tǒng)以輪轉(zhuǎn)方式向每個任務(wù)線程提供運(yùn)行時間片，利用“中斷”機(jī)制對線程的運(yùn)行狀態(tài) 進(jìn)行切換，從而確保每個任務(wù)線程都能得到CPU時間片而被執(zhí)行。

3. 3. 3軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)任務(wù)線程的調(diào)度

軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)需要對系統(tǒng)管理任務(wù)、通信任務(wù)、程序執(zhí)行任務(wù)以及I/O 讀寫任務(wù)進(jìn)行調(diào)度。通信任務(wù)包括軟PLC與HMI進(jìn)程的通訊任務(wù)、軟PLC與軟 CNC的通訊任務(wù)，I/O讀寫任務(wù)包括I/O讀任務(wù)和I/O寫任務(wù)。每個任務(wù)線程對應(yīng)就緒、運(yùn)行、終止和阻塞四種狀態(tài)，因此對軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)多個任務(wù)的調(diào)度可通過改變?nèi)蝿?wù)線程的狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)。本文結(jié)合以下兩種方式對任務(wù)線程進(jìn)行調(diào) 度。

直接調(diào)度

直接調(diào)度按任務(wù)執(zhí)行的先后順序設(shè)定任務(wù)線程的優(yōu)先級進(jìn)行調(diào)度，使任務(wù)線程隊(duì)列中的優(yōu)先級最高的任務(wù)優(yōu)先獲得CPU時間片而被操作系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行。

RTX實(shí)時子系統(tǒng)提供了 128個線程優(yōu)先級，其系統(tǒng)內(nèi)核按照優(yōu)先級從高到低的順序安排任務(wù)線程占有CPU資源。由于采用搶占式調(diào)度算法，所以RTX允許高優(yōu)先級的任務(wù)打斷正在運(yùn)行的低優(yōu)先級任務(wù)線程，以此搶占對CPU的控制權(quán)，這非常方便我們對軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)的每個任務(wù)線程進(jìn)行調(diào)度和管理。

在軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)的設(shè)計過程中，系統(tǒng)任務(wù)管理線程負(fù)責(zé)軟PLC運(yùn)行系統(tǒng) 所有任務(wù)的調(diào)度，不應(yīng)被軟PLC系統(tǒng)中的其它任務(wù)線程所打斷，因此設(shè)置為第一優(yōu)先級。通訊任務(wù)線程和I/O讀寫任務(wù)線程用于提供操作數(shù)和指令，是執(zhí)行用戶程序的先決條件，所以設(shè)置為第二優(yōu)先級。程序執(zhí)行任務(wù)設(shè)置為第三優(yōu)先級，其中快速執(zhí)行任務(wù)線程的優(yōu)先級高于普通執(zhí)行任務(wù)線程。

間接調(diào)度

間接調(diào)度采用同步對象進(jìn)行調(diào)度，利用多個任務(wù)為爭奪同一臨界資源引起的互斥來協(xié)調(diào)多任務(wù)的運(yùn)行。也就是說只有獲得同步對象句柄的任務(wù)線程才能被執(zhí)行，對共享資源進(jìn)行操作，未獲得的任務(wù)線程只能等待同步對象被釋放。

RTX提供四種同步對象：信號量對象Semaphore、事件對象Event、互斥體 X寸象Mutex和共享內(nèi)存對象SharedMemory。其中事件對象Event具有使用簡單、易于實(shí)現(xiàn)多個任務(wù)的同步運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，所以軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)為每個任務(wù)創(chuàng)建了相應(yīng)的事件對象，利用函數(shù)RtWaitForSingleObjectG等待單個事件對象的信號狀態(tài)，以及函數(shù)RtWaitForSingleObjects〇等待多個事件對象的信號狀態(tài)。當(dāng)?shù)却龝r 間達(dá)到設(shè)定值時，改變當(dāng)前執(zhí)行線程的狀態(tài)，轉(zhuǎn)去執(zhí)行獲得同步事件對象句柄的任務(wù)線程，執(zhí)行完返回當(dāng)前任務(wù)線程繼續(xù)執(zhí)行；若設(shè)定的等待時間為INFINITE, 則當(dāng)前任務(wù)線程一直等待同步事件對象句柄。這使程序運(yùn)行過程中只有一個任務(wù) 線程能夠操作數(shù)據(jù)共享區(qū)，從而保證數(shù)據(jù)訪問的安全性。

軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)創(chuàng)建的事件對象初始時都處于FALSE(無信號)狀態(tài)，在事件被觸發(fā)后變?yōu)橛行盘枲顟B(tài)，事件所對應(yīng)的任務(wù)線程獲得臨界區(qū)資源被執(zhí)行，然后利用RtResetEventG函數(shù)重置為無信號狀態(tài)，讓軟PLC運(yùn)行系統(tǒng)觸發(fā)其它事件對象，以此協(xié)調(diào)多任務(wù)的運(yùn)行。軟PLC任務(wù)線程的調(diào)度過程如圖3.8所示。

本文采摘自“五軸數(shù)控加工中心軟PLC控制系統(tǒng)的研究”，因?yàn)榫庉嬂щy導(dǎo)致有些函數(shù)、表格、圖片、內(nèi)容無法顯示，有需要者可以在網(wǎng)絡(luò)中查找相關(guān)文章！本文由伯特利數(shù)控整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請注明！

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