VxWorks下的多重定时器设计

　　VxWorks是一种嵌入式实时操作系统(RTOS)，具有内核小、可裁剪、实时性强等特点。VxWorks内核(Wind)提供了共享内存、信号量、消息队列、套接字通信和定时器等多种机制。为了实现基于UDP网络的可靠通信，本文利用VxWorks的多种任务间通信机制和看门狗定时器机制，设计了一种多重定时器模型，该模型可以确保数据包的可靠传递。

　　1 VxWOrks的时钟及定时器机制

　　1．1 VxWorks延时函数

　　VxWorks既提供了延时功能，也提供了时限约束功能。VxWorks系统有2种延时方式：一种是Wind内核提供的taskDelay()函数；另一种是POSIX函数nanosleep()。

　　taskDelay()函数以tick作为延时单位，默认情况下1个tick为16．67 ms(1／60 s)，可以通过调用sysClkRateSet()函数对tick进行重新设定。taskDelay()函数使调用该函数的任务在指定时间内主动放弃CPU，用于任务调度或等待某一外部事件。nanosleep()函数指定一个以s和ns为单位的睡眠或延时时间。其实，两个延时函数的精度是相同的，都是以tick为时间基准。不同之处在于，taskDelay(0)有自身意义，用于相同优先级任务间的任务调度，而nanosleep(0)是没有意义的。

　　1．2 VxWorks定时器机制

　　VxWorks提供一种看门狗定时器机制(watchdogtimer)，可以用来处理任务的时限约束。看门狗定时器作为系统时钟中断服务程序的一部分来维护，因此，看门狗定时器的回调函数以系统时钟中断级作为中断服务程序执行。看门狗定时器回调函数受到中断服务程序的限制，不能调用可能引起阻塞的函数，比如试图获取信号量，调用malloc()和free()等创建和释放内存函数或执行I／O操作。

　　POSIX定时器也可以处理任务时限。此外，VxWorks中一些函数具有时限控制的功能，semTake()、msgQSend()、msgQReceive()函数中都有设定时限控制的参数。超时参数NO_WAIT意味着立即返回，而WAIT_FOREVER意味着程序永不超时。

　　2 多重定时器实现要求

　　在VxWorks系统下，利用网络套接字建立基于UDP协议的客户端／服务器通信模式。由于UDP是无连接的协议，发送方并不清楚发出的数据包是否已经正确到达接收方，于是提出一种支持重传和定时等待确认的协议。

　　这个协议要求发送方发送的数据包与接收方回复的确认包具有对应的序列号，发送方和接收方都可以通过序列号来判断是不是想要得到的数据包。序列号是循环的，考虑到如果序列号太小会出现折返情况产生混淆，所以序列号至少大于2。如果用1个字节来表示序列号，则可以设定序列号为256。

　　发送方送出一个数据包后启动一个定时器。这时可能会有4种情况发生：

　　①发送方接收到正确序号的确认包，则发送下一序列号的数据包。

　　②发送方接收到已经接收过的重复确认包，则丢弃该确认包继续等待。如果在超时前收到了正确确认包，则发送下一序列号的数据包。

　　③定时器超时，没有收到想要的确认包，则重新发送数据包，启动下一定时器。

　　④设定的多重定时器超时后，没有收到想要确认包，则通知网络管理设备。

　　接收方在收到所需序列号的数据包后，回复一个确认包给发送方。如果接收方回复的确认包后没有正确到达发送方，则会引起发送方超时，重新发送原序列号数据包。接收方收到数据包后，需要检查数据包序列号。如果是重复序列号数据包，则丢弃，但是依旧回复确认包给发送方，以免已发送确认包在发送过程中丢失。这里基于支持重传和定时等待确认协议。具体要求是，在客户端通过UDP协议发送数据包后启动一个定时器，等待接收服务器端回复的ACK(acknowl-edgement)确认包。如果成功接收，则继续发送下一序列号的数据包；如果超时后还没有收到需要的确认包，则重新传输原序列号的数据包。图1所示为数据包均按时、正确地接收的情况。

　　一般情况下，假定启动定时器30 ms内可以完成从发送数据包到接收ACK确认包的全过程，但是由于某些原因使得30 ms内无法收到确认包，则会重传原数据包，并启动一个稍长的40 ms定时器。如果40 ms还无法收到确认，则再次重传原数据包，并启动一个考虑到最差情况的60 ms定时器。如果依旧无法收到确认则不再发送，通知网络管理设备。

　　出现定时器超时情况有3种可能：发送方发送数据包过程中丢包；接收方发送确认包过程中丢包；从发送数据包到确认包到达发送方过程中，延时时间超过定时时间。造成超时有两方面原因：一是，双方终端在接收数据包时由于缓冲问题不能及时处理，使得终端出现延时接收数据包或丢包；二是，通信链路发生断链情况，导致双方无法进行通信。从图2中可以看到，如果链路没有断开，则包含3种情况的三重定时器超时情况。

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