μC／OS―II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中任務(wù)延時(shí)的研究與改進(jìn)

摘要：通過介紹μC／0S—II實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)中的任務(wù)延時(shí)功能，分析了系統(tǒng)中的任務(wù)延時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)。針對任務(wù)延時(shí)占用處理器時(shí)間與任務(wù)總數(shù)有關(guān)和掃描各個(gè)任務(wù)占用大量處理器時(shí)間的問題，對操作系統(tǒng)中的任務(wù)延時(shí)機(jī)制進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的操作系統(tǒng)在基于第二代Cortex—M3內(nèi)核的LPC1768處理器上測試，通過軟件仿真，得出此方法可以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，降低系統(tǒng)的額外開銷。
關(guān)鍵詞：μC／OS—II；任務(wù)延時(shí)；Cortex—M3；軟件仿真

引言
μC／OS—II是一種源代碼公開、結(jié)構(gòu)小巧、具有可剝奪實(shí)時(shí)內(nèi)核的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。絕大部分代碼是用C語言編寫的，便于移植到各種內(nèi)核上。μC／OS—II使用時(shí)鐘節(jié)拍完成任務(wù)的延時(shí)功能，每個(gè)時(shí)鐘對所有的任務(wù)控制塊進(jìn)行掃描。時(shí)鐘節(jié)拍率越高，系統(tǒng)的額外負(fù)荷就越重，而且會隨著任務(wù)總數(shù)的增加而增加。
本文詳細(xì)分析μC／OS—II中的任務(wù)延時(shí)功能，對任務(wù)延時(shí)作適當(dāng)改進(jìn)。新創(chuàng)建一個(gè)任務(wù)延時(shí)鏈表，把需要延時(shí)的任務(wù)鏈接到延時(shí)列表中，這樣每個(gè)時(shí)鐘節(jié)拍只對延時(shí)任務(wù)的控制塊進(jìn)行掃描即可，由此降低了系統(tǒng)負(fù)荷，而且系統(tǒng)的開銷不會隨著任務(wù)總數(shù)的增加而增加，而僅僅與同時(shí)延時(shí)的任務(wù)數(shù)有關(guān)。

1 μC／OS—II任務(wù)延時(shí)
μC／OS—II系統(tǒng)中任務(wù)延時(shí)是時(shí)間管理功能的主要部分，而在μC／OS—II 2．81及以后的版本中，增加了軟件定時(shí)器功能。不管是任務(wù)延時(shí)還是軟件定時(shí)器，都需要一個(gè)硬件產(chǎn)生一個(gè)周期中斷，也就是時(shí)鐘節(jié)拍。
μC／OS—II系統(tǒng)的時(shí)鐘節(jié)拍的頻率一般在10～100 Hz之間，時(shí)鐘節(jié)拍率越高，系統(tǒng)的額外負(fù)荷就越重，影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。任務(wù)延時(shí)是在時(shí)鐘節(jié)拍中斷函數(shù)中實(shí)現(xiàn)的，時(shí)鐘節(jié)拍中斷函數(shù)調(diào)用時(shí)鐘節(jié)拍函數(shù)OSTimeTick()，此函數(shù)的工作主要是掃描每一個(gè)任務(wù)控制塊中的時(shí)間延時(shí)項(xiàng)OSTCBDly，完成任務(wù)的延時(shí)。由于OSTimeTick()要對每個(gè)任務(wù)都進(jìn)行一遍同樣的工作，因此它的運(yùn)行時(shí)間和任務(wù)數(shù)的多少成正比。如果任務(wù)數(shù)比較多的話(現(xiàn)在μC／OS—II可以支持256個(gè)任務(wù)，而基于Cortex-M3內(nèi)核可以支持1024個(gè)任務(wù))，函數(shù)OSTimeTick()占用大量的系統(tǒng)時(shí)間。
本文使用的操作系統(tǒng)版本為μC／OS—II 2．86，此版本中與任務(wù)延時(shí)相關(guān)的函數(shù)包括：
①與任務(wù)延時(shí)設(shè)置相關(guān)的函數(shù)——任務(wù)延時(shí)函數(shù)OSTimeDly()與OSTimeDlyHMSM()，位于time．c文件中，用于任務(wù)自身調(diào)用，無條件的掛起自己延時(shí)一段時(shí)間；請求資源函數(shù)OS_FlagBlock()(請求事件標(biāo)志)、OSMboxPend()(請求郵箱)、OSMutexPend()(請求互斥量)、OSQPend()(請求消息隊(duì)列)、OSSemPend()(請求信號量)等，當(dāng)資源請求不成功時(shí)，任務(wù)延時(shí)掛起；還有一個(gè)掛起其他任務(wù)的函數(shù)OSTaskResume()，但沒有掛起其他函數(shù)一段時(shí)間的函數(shù)。
②與任務(wù)恢復(fù)有關(guān)的函數(shù)——恢復(fù)任務(wù)延時(shí)函數(shù)OSTimeDlyResume()，恢復(fù)因資源不滿足而掛起任務(wù)的函數(shù)OS_EventTaskRdy()、OS_Fla-gTaskRdy()，把等待列表中的占用位清除，清任務(wù)延時(shí)值；任務(wù)刪除函數(shù)OSTaskDel()、任務(wù)恢復(fù)函數(shù)OSTaskResume()等。
③時(shí)鐘節(jié)拍處理函數(shù)OSTimeTick()，用于處理任務(wù)延時(shí)。

2 任務(wù)延時(shí)的改進(jìn)
首先在uCOS_II．H頭文件中定義任務(wù)延時(shí)鏈表OSTCBDlyList，延時(shí)任務(wù)總數(shù)變量OSTCBDlyNum，由于記錄延時(shí)任務(wù)數(shù)。設(shè)置任務(wù)延時(shí)，首先把任務(wù)從任務(wù)鏈表中刪除，然后加入都任務(wù)延時(shí)鏈表OSTCBDlyList中，最后OSTCBDlyNum加1；延時(shí)結(jié)束或任務(wù)恢復(fù)時(shí)，任務(wù)控制塊從任務(wù)延時(shí)鏈表中刪除，加入任務(wù)鏈表；刪除任務(wù)時(shí)，首先判斷任務(wù)是否處于延時(shí)中，再決定從哪個(gè)鏈表中刪除。
2．1 修改與任務(wù)延時(shí)設(shè)置相關(guān)的函數(shù)
與任務(wù)延時(shí)設(shè)置相關(guān)函數(shù)中，在其代碼OSTCBCur->OSTCBDly=ticks(或timeout)后面加入延時(shí)設(shè)定函數(shù)函數(shù)OSTCBDlySet()，如OSTimeDly()函數(shù)修改成如下形式：

函數(shù)OSTCBDlySet()的形參為需要任務(wù)延時(shí)的控制塊，函數(shù)的偽代碼如下所示：