基于μC/0S―II的時問片調度法設計
μC/0S―II嵌入式實時操作系統(tǒng)采用的是基于優(yōu)先級的可剝奪調度法。基于優(yōu)先級的可剝奪調度法是指,CPU總是讓處于就緒態(tài)的、優(yōu)先級最高的任務運行;最高優(yōu)先級的任務一旦就緒,總能得到CPU的使用權,當一個運行著的任務使一個比它優(yōu)先級高的任務進入了就緒態(tài)時,當前任務的CPU使用權就被剝奪了,更高優(yōu)先級的任務立刻得到了CPU的使用權。除非最高優(yōu)先級的任務主動放棄CPU的使用權(通過調用0STimeDly()、0SSem―Pend()等函數(shù)),否則低優(yōu)先級的任務是沒機會獲得CPU使用權的。對于一個實際應用系統(tǒng)中耗時比較長的任務,為了讓其他任務能夠得到實時調度,可以用兩種方法來處理。第一種方法是把該任務的優(yōu)先級設為最低(當然還是比空閑任務要高);第二種方法就是讓該耗時任務運行一段時間后延時一下再繼續(xù)運行,即把整個任務劃分為若干步驟來執(zhí)行,如以下的示例代碼:
很多情況下,耗時長的任務并不能設置為最低優(yōu)先級任務,而劃分步驟來執(zhí)行的方法不但繁瑣而且每一步執(zhí)行的時間也是不確定的(其他低優(yōu)先級任務獲得CPU使用權的時間也會是不確定的)。筆者在用μC/OS―II開發(fā)一款車載信息娛樂系統(tǒng)的時候就碰到了這樣的問題,因此設計了一種優(yōu)先級和時間片相結合的調度法(也就是基于μC/0S―II的時間片調度法)。
1 調度原理
這種調度法給處于就緒態(tài)的每一個任務都分配一個時間片(優(yōu)先級越高分配的時間片越長,空閑任務得不到時間片的分配),內核按照任務的優(yōu)先級依次調度處于就緒態(tài)的任務,即當就緒態(tài)中最高優(yōu)先級的任務用完自己的時間片后,CPU控制權轉讓給就緒態(tài)中優(yōu)先級第二高的任務。該任務用完自己的時間片后,CPU控制權又轉讓給下一優(yōu)先級的就緒態(tài)任務……當就緒態(tài)的每一個任務都被調度一次之后將重新為它們分配時間片,然后又開始新一輪的調度……
其中要注意的是,在調度過程中如果有一個比當前任務優(yōu)先級更高的任務由其他態(tài)變成了就緒態(tài)(被創(chuàng)建或獲取了一個信號量等),當前任務的CPU控制權將被剝奪;空閑任務仍然是等到其他任務都退出就緒態(tài)才獲得CPU的使用權。
圖1解釋了該調度法的調度過程(其中任務1優(yōu)先級最高,任務2次之,任務3最低)。
①任務2和任務3都處于就緒態(tài),任務1在等待一個信號量,優(yōu)先級中的任務2獲得CPU使用權。
②任務2的時間片用完,優(yōu)先級低的任務3獲得CPU使用權。
③任務3的時間片用完,任務2重新獲得CPU的使用權。
④任務2的時間片還沒用完時中斷來臨,中斷服務程序獲得CPU使用權。
⑤中斷服務程序發(fā)送了一個任務1等待的信號量,中斷服務完成后優(yōu)先級高的任務1獲得CPU使用權。
⑥任務1的時間片用完,任務2繼續(xù)運行。
⑦任務2的時間片用完,任務3獲得CPU使用權。
⑧任務3的時間片用完,重新分配時間片,新一輪調度開始。
2 實現(xiàn)方法
在調度算法的實現(xiàn)過程中,力求做到3點:
①盡可能少地改動μC/0S―II原有的代碼;
②增加的代碼在風格上保持與原有的相一致;
③兼容原有的優(yōu)先級調度法(可以很方便地選擇優(yōu)先級調度法或是時間片調度法)。
注:對于該小節(jié)中出現(xiàn)的代碼,如果是筆者增加的部分都用黑體表示。
2.1 數(shù)據結構中增加的變量
在進程控制塊中增加兩項:
Typedef struct os_tcb{
……
#if OS_TASK_TIME_SLICE-EN>0
/*條件編譯,OS_TASK_TIME_SLICE_EN在os_cfg.h中定義,凡是涉及與時間片調度相關的代碼都用條件編譯。這樣,可以通過更改配置文件很方便地選擇任務調度法*/
INT16U OSTCBTimeSlice;
/*任務的時間片大小,在任務創(chuàng)建時被初始化,運行過程中保持不變*/
INT16U OSTCBCounter;
/*任務運行剩余時間計數(shù)器,每一輪調度開始時該變量被賦值(等于OSTCBTimeSlice),運行過程中不斷遞減。當其等于0時任務被剝奪CPU使用權*/
#endif
}
由于當前任務的時間片使用完時,該任務將被從就緒表OSRdyGrp以及OSRdyTbl[OS_RDY_TBL_SIZE]中清除;新一輪調度開始時它又必須被恢復,因此筆者在uC0S_II.h文件中增加以下變量(不妨把它們稱為“時間片調度表”)分別用于保存OSRdyGrp和OSRdyTbl[OS_RDY_TBL_SIZE]。
OS_EXT INT8U OSTSSGrp;
OS_EXT INT8U OSTSSTbl[OS_RDY_TBL_SIZE];
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