Windows系统下的实时性问题 点击：8458 | 回复：27
发表于：2004-08-13 10:41:00
8楼
to 天罡：
我觉得你的问题应该说具体一点，你的程序可能存在以下几个问题：
（1）、首先要理清线程之间的通信问题：
按钮和定时器应该是在主线程的，而从按钮发出的消息应该是到辅线程的。
（2）、辅线程响应中断的时间问题：
如果你的主线程一直都是执行辅线程的中断（比如串口读写数据），那么你就需要在发送数据的中断里实现响应从按钮发出的消息，也就是说你应该中止发送原有的数据，直接发送新的数据。如果是这样的话根本就用不着使用定时器。
（3）、一般来说，定时器是用来自动响应一些事件，也就是处理无人干预的事情。如果你将按钮消息发送给定时器，然后又让定时器把这个消息传给辅线程或中断，那岂不是多次一举。
发表于：2004-08-13 13:44:00
9楼
写给上面的仁兄：
对定时和线程不明白不要乱说。你对Windows里面的机制还不是很了解吧，为何给人家指点。
1.首先要在Windows下实现硬实时是不可能的，但软件实时是可能的，精度也很高。但这个定时决不能用窗口中的定时器来实现，因为个定时器的精度只能在55ms左右，它实质是8254定时器计数溢出中断周期。所以实现50ms以下的定时，只能用查询方式，即在工作线程中设置循环用标准C时间库函数或者用查询time stamp（586以上的CPU提供的MMX指令及硬件计数器）的方法来获得精确时间。
2.辅助线程与主线程通讯用全局的变量来实现。
3.与外围设备通讯如串口也必须建立一个线程来监视串口，以防丢失数据包。
4.辅助线程不能接受消息。主线程通知辅助线程用事件或信号灯，同步锁等对象实现。
如果你自己认为很懂，请用写一个每隔5ms做一件事情的程序，如在主窗口上将时间值打印出来。
发表于：2004-08-13 17:39:00
12楼
多媒体定时器最好不用，我试过用它来定时，它的唯一好处是不用自己去查询时间，时间也很精确，但不用于1ms以下的定时而且占用资源太大。定时在1-5ms之间时，鼠标经常不响应。而用查询定时则不然，即使在0.1ms-1ms之间定时，鼠标依然很灵活。不过你动一下鼠标，则定时间隔则受到影响。Windows下线程时间片在10ms左右，(大于10ms),也就是说如果其它程序设计合理（每个线程在运行一个循环后休眠，即不会满满占用这个10ms），即使有多个任务在运行，ms级时间间隔依然可以有很高的精度，且不影响界面。
通过测试的数据即使在windows下做实时（不要很多任务同时运行，关掉一些无用的服务，仅保留RPC,SERVICES,WORKSTATION,PNP,WMGMT服务）5ms采样是没有问题的，如果用它来做实时控制，你的代价是Windows崩溃时你的控制系统将失去控制。所以用它作实时的采集显示或者向下位机发指令是适合的。
发表于：2011-04-28 13:40:09
19楼
1 概述
此文是在实现modbus-RTU通讯的基础上总结而来的，主要讲述了如何提高window做工业控制时的实时性能。
PC机上做控制系统，一般就是在window或者linux操作系统上做控制系统软件开发，window上做控制系统，有如下优势：
1）现有的设备驱动支持
2）各类厂家提供的现成的卡板
3）以及比较平民化的开发平台
4）数量众多的开发人员。
2 提高实时性手段
window是一个非实时操作系统，如果要做实时任务的话，有必要用些特别的手段，来提高其实时控制的能力。
1） 语言最好选择C语言，之所以选择C语言，因为工业控制主要基于window API编程，使用很多window内核的服务。
2） 多任务一般采用多线程来实现，根据任务的紧要程度，设置线程的优先级别，一定要设置优先级。
3） 如果在一个线程中有多个任务的话，建议采用协程的方式实现多任务，任务内部最好不要调用Sleep()等休眠函数
4） 为了提高内核的时钟的调度精度，必须使用多媒体定时器并且将其精度设置为1ms，这样内核任务调度精度也提高为1ms，这估计是微软的内部耦合。如果不使用多媒体定时器的话，内核定时器时钟精度一般只有15ms左右。
5） 每个线程的一个循环必须释放一次CPU，采用Sleep(1)，这样才能保证机器的CPU不被耗光，否则低优先级的任务就没有机会得到执行了。
6）计时采用QueryPerformanceFrequency()和 QueryPerformanceCounter()函数来计时，可以达到ns级别。
上面手段都是用户空间的手段，在内核空间应该也有手段（应用程序作为驱动跑），但是我不熟，就不说了。
3 效果
使用以上几种方式实现的控制程序，时间关键优先级别多线程任务调度精度可以达到2-5ms级别，计时精度可以达到ns级别。这对于很多（大部分）要求不高的控制来说，基本是够用的。
至于驱动部分，window的驱动的反应速度还是挺快的（CPU占用率不过高的情况下面达到us级别的反应），这个和我们用户空间的程序不一样，例如window的串口驱动，可以将接收FIFO设置为1，采用事件方式读串口，即使波特率为115200bps，也不会丢失数据。
使用上面的方法，我在PC机上实现了modbus-RTU客户端，其3.5T设置为5ms，可以很稳定地和PLC主设备通讯。
4 硬实时
如果在PC机上追求真正的硬实时，那么一般是在window或者linux系统中加入硬实时内核，形成双内核系统，例如RTX或者RTAI，这些都有成功的案例，例如西门子的基于RTX的数控系统，基于RTAI的实时控制系统，这些实时系统都是用于100us级别的硬实时系统中，需要开发者自己写驱动，其架构是实时内核上跑实时任务，普通内核上跑一般任务，实时任务和一般任务间通过通讯的方式沟通。由于我还没有在这些实时系统上做过开发，所以暂时不写。
此文是在实现modbus-RTU通讯的基础上总结而来的，主要讲述了如何提高window做工业控制时的实时性能。
PC机上做控制系统，一般就是在window或者linux操作系统上做控制系统软件开发，window上做控制系统，有如下优势：
1）现有的设备驱动支持
2）各类厂家提供的现成的卡板
3）以及比较平民化的开发平台
4）数量众多的开发人员。
2 提高实时性手段
window是一个非实时操作系统，如果要做实时任务的话，有必要用些特别的手段，来提高其实时控制的能力。
1） 语言最好选择C语言，之所以选择C语言，因为工业控制主要基于window API编程，使用很多window内核的服务。
2） 多任务一般采用多线程来实现，根据任务的紧要程度，设置线程的优先级别，一定要设置优先级。
3） 如果在一个线程中有多个任务的话，建议采用协程的方式实现多任务，任务内部最好不要调用Sleep()等休眠函数
4） 为了提高内核的时钟的调度精度，必须使用多媒体定时器并且将其精度设置为1ms，这样内核任务调度精度也提高为1ms，这估计是微软的内部耦合。如果不使用多媒体定时器的话，内核定时器时钟精度一般只有15ms左右。
5） 每个线程的一个循环必须释放一次CPU，采用Sleep(1)，这样才能保证机器的CPU不被耗光，否则低优先级的任务就没有机会得到执行了。
6）计时采用QueryPerformanceFrequency()和 QueryPerformanceCounter()函数来计时，可以达到ns级别。
上面手段都是用户空间的手段，在内核空间应该也有手段（应用程序作为驱动跑），但是我不熟，就不说了。
3 效果
使用以上几种方式实现的控制程序，时间关键优先级别多线程任务调度精度可以达到2-5ms级别，计时精度可以达到ns级别。这对于很多（大部分）要求不高的控制来说，基本是够用的。
至于驱动部分，window的驱动的反应速度还是挺快的（CPU占用率不过高的情况下面达到us级别的反应），这个和我们用户空间的程序不一样，例如window的串口驱动，可以将接收FIFO设置为1，采用事件方式读串口，即使波特率为115200bps，也不会丢失数据。
使用上面的方法，我在PC机上实现了modbus-RTU客户端，其3.5T设置为5ms，可以很稳定地和PLC主设备通讯。
4 硬实时
如果在PC机上追求真正的硬实时，那么一般是在window或者linux系统中加入硬实时内核，形成双内核系统，例如RTX或者RTAI，这些都有成功的案例，例如西门子的基于RTX的数控系统，基于RTAI的实时控制系统，这些实时系统都是用于100us级别的硬实时系统中，需要开发者自己写驱动，其架构是实时内核上跑实时任务，普通内核上跑一般任务，实时任务和一般任务间通过通讯的方式沟通。由于我还没有在这些实时系统上做过开发，所以暂时不写。
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