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uCOS-II優(yōu)先級任務(wù)調(diào)度在PowerPC上的移植和優(yōu)化

作者: 時間:2013-09-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
μC/OS是Jean J.Labrosse開發(fā)的實時多任務(wù)內(nèi)核,最初是為Motorola 8位處理器68HC11寫的。在后來的相關(guān)著作中,作者將代碼移植到了PC上,以便于更多的讀者學(xué)習(xí)。μC/OSII繼承了μC/OS的算法,有執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性強和可擴展性好等特點,被移植到幾乎所有類型的CPU上,成為在嵌入式領(lǐng)域非常有影響力的RTOS。然而,由于該實時內(nèi)核是為8位CPU設(shè)計的,對于那些具有算法硬件指令的CPU,僅做移植是很不夠的。

1 基于


一個基于的實時多任務(wù)內(nèi)核的機制需要實現(xiàn)下面三個核心的處理功能:

◆ 將任務(wù)置于就緒態(tài);
◆ 將任務(wù)取消就緒態(tài);
◆ 找出最高優(yōu)先級的就緒態(tài)任務(wù)。

在32位機上運行64個任務(wù),可使用兩個32位的整型變量數(shù)組OSRdyTbl [2],建立一個64位的任務(wù)就緒態(tài)向量;每一位表示對應(yīng)優(yōu)先級的任務(wù)是否處于就緒態(tài),例如OSRdyTbl [0]的第4位為1表示優(yōu)先級為4的任務(wù)處于就緒態(tài)。構(gòu)造如下的三個函數(shù),用來完成設(shè)置任務(wù)就緒、取消任務(wù)就緒和尋找當(dāng)前最高優(yōu)先級的就緒任務(wù)。

上述代碼可在任何處理器上實現(xiàn)所需的功能,沒有考慮任何的優(yōu)化和改進。通過這樣的原理性函數(shù),可以更好地理解多任務(wù)內(nèi)核的。

尋找最高優(yōu)先級就緒態(tài)任務(wù)的函數(shù)調(diào)用頻率高,其執(zhí)行時間直接影響內(nèi)核的任務(wù)切換延遲時間,影響系統(tǒng)實時性。上述尋找最高優(yōu)先級的就緒態(tài)任務(wù)的代碼,隨當(dāng)前就緒任務(wù)的優(yōu)先級不同,其循環(huán)次數(shù)也不同,導(dǎo)致其運行時間不確定。

2 μC/OS的任務(wù)調(diào)度實現(xiàn)方法


μC/OS和μC/OSII是為8位CPU寫的,采用8位機算法,支持64個任務(wù)。使用8個字節(jié)的OSRdyTbl全局?jǐn)?shù)組,表示所有任務(wù)的就緒態(tài)信息:1為任務(wù)就緒,0為非就緒。數(shù)組第一個字節(jié)的b0位代表64個任務(wù)中優(yōu)先級最高的任務(wù),最后一個字節(jié)的b7位代表優(yōu)先級最低的空閑任務(wù),永遠為1。當(dāng)OSRdyTbl 數(shù)組的數(shù)據(jù)不為0時(表示對應(yīng)的8個任務(wù)中至少有1個進入就緒態(tài)),另一個單字節(jié)全局變量OSRdyGrp 中的相應(yīng)位要置1。當(dāng)任務(wù)狀態(tài)發(fā)生變化時,需更新OSRdyGrp和OSRdyTbl中對應(yīng)的位。

尋找最高優(yōu)先級的就緒任務(wù)時,μC/OS使用了預(yù)先固化的256字節(jié)的對照表OSUnMapTbl,給出特定字節(jié)值的最低位1所在位的信息。查表算法避免了逐位檢測各優(yōu)先級位引起的執(zhí)行時間的不確定性,程序簡單,執(zhí)行速度快,與就緒任務(wù)多少和優(yōu)先級無關(guān)。

對于取值0~63的任務(wù)優(yōu)先級,μC/OS將其劃分成高3位的Y和低3位的X,并保存在其任務(wù)控制塊TCB的OSTCBX和OSTCBY中,其對應(yīng)的OSUnMapTbl的值保存在OSTCBBitY和OSTCBBitX變量中,以提高運算速度。為了避免函數(shù)調(diào)用所帶來的額外開銷,μC/OS直接用語句實現(xiàn)如下的三部分功能。

① 設(shè)置任務(wù)進入就緒態(tài)
OSRdyGrp |= ptcb>OSTCBBitY;
OSRdyTbl[ptcb﹥OSTCBY] |= ptcb>OSTCBBitX;

② 設(shè)置任務(wù)退出就緒態(tài)。
y = OSTCBCur>OSTCBY;
OSRdyTbl[y] = ~OSTCBCur>OSTCBBitX;
if (OSRdyTbl[y] == 0) {
OSRdyGrp = ~OSTCBCur>OSTCBBitY;
}

③ 尋找最高優(yōu)先級的就緒態(tài)任務(wù)。以O(shè)SRdyGrp的值做偏移量,查OSUnMapTbl表,得到1個0到7的數(shù)Y,作為優(yōu)先級高3位,再根據(jù)Y的值,找出OSRdyTbl中對應(yīng)的字節(jié),并且再次查OSUnMapTbl表,得到1個0到7的數(shù)X,作為優(yōu)先級低3位的值,通過將Y左移3位再加上X的值,得到就緒任務(wù)中優(yōu)先級最高的那個。

y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
OSPrioHighRdy = (INT8U)((y 3) + OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]);

μC/OS的任務(wù)調(diào)度算法采用了以空間換時間的策略,將特定字節(jié)值的最低位1所在位的信息預(yù)先計算并保存到表中,運行時通過查表快速得到;每個任務(wù)的TCB中除了保存優(yōu)先級信息本身外,還使用額外的4個字節(jié)保存優(yōu)先級的高低3位和對應(yīng)的OSUnMapTbl值,以避免運行時實時計算這幾個值所帶來的延遲。這些措施增加了系統(tǒng)ROM和RAM的開銷。

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