2.2嵌入式實時操作系統(tǒng)調(diào)度管理

為完成調(diào)度機制的靈活實現(xiàn)，提高系統(tǒng)調(diào)度實時性，這里采用嵌入式操作系統(tǒng)對系統(tǒng)進行管理。μC/OS-II是一種免費公開源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、具有可剝奪實時內(nèi)核的實時操作系統(tǒng)，其內(nèi)核提供任務調(diào)度與管理、時間管理、任務間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務等功能。它適用于小型控制系統(tǒng)，具有執(zhí)行效率高、占有空間小、實時性能優(yōu)良和擴展性強等特點，最小內(nèi)核可以編譯至2K左右。

μC/OS-II實時內(nèi)核采用占先式調(diào)度策略，不支持時間片輪調(diào)度法，核心是始終運行就緒條件下的優(yōu)先級最高的任務。在具體實現(xiàn)中就可以根據(jù)這一特點將無線調(diào)度系統(tǒng)劃分為多個任務，每一個任務賦予一個明確的并且與其他任務不同的優(yōu)先級，根據(jù)各個任務的優(yōu)先級，動態(tài)地切換各個任務，從而保證了對實時性的要求。如果希望某個任務的優(yōu)先級根據(jù)條件的變化而發(fā)生改變，則可以通過調(diào)用改變?nèi)蝿諆?yōu)先級的函數(shù)來實現(xiàn)。

3 調(diào)度任務劃分及設計

3.1多任務劃分

任務和中斷的劃分主要根據(jù)調(diào)度平臺設備完成的功能來劃分，要求每個任務職責清晰，任務間的信息交換和同步互斥應該簡潔明了，任務優(yōu)先級定義明確。

無線調(diào)度平臺設備任務可劃分為四個任務：設備聲明任務，信息分發(fā)任務，信息接收任務，令牌輪循任務。設備聲明任務主要完成設備身份認證，設備在網(wǎng)絡中聲明是主設備還是從設備，如果是主設備則進行調(diào)度平臺星型網(wǎng)絡的組建，從設備則直接加入新組建的網(wǎng)絡。信息分發(fā)任務作用是將當前網(wǎng)絡狀態(tài)、設備狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息發(fā)送網(wǎng)絡中指定設備。信息接收任務是依靠串口中斷來觸發(fā)的，作用是接收網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)信息和主設備發(fā)送的或從設備返回的令牌。令牌輪循任務主要是針對主設備，當調(diào)度網(wǎng)絡組建完成，主設備根據(jù)網(wǎng)絡中節(jié)點信息（單獨開辟存儲區(qū)存儲的節(jié)點號）進行令牌信息分發(fā)，一般情況是根據(jù)節(jié)點號從大到小，得到令牌的節(jié)點才是當前網(wǎng)絡中的活動節(jié)點。對于從設備，令牌輪循任務僅完成令牌返回功能。

3.2多任務優(yōu)先級裁決

在多任務系統(tǒng)的設計中優(yōu)先級的裁決至關重要，如果優(yōu)先級設定有誤，難以保證調(diào)度策略的正確實施，嚴重影響調(diào)度精確性。基于μC/OS-II操作系統(tǒng)的任務優(yōu)先級設計遵循以下原則：（1）緊急任務優(yōu)先，（2）完成得快的任務優(yōu)先，（3）優(yōu)先級不能動態(tài)變化，（4）不要出現(xiàn)多個同一優(yōu)先級的任務。

基于以上四點原則，分析無線調(diào)度系統(tǒng)任務，安排任務優(yōu)先級示意圖如圖3所示，任務優(yōu)先級由高至低依次為：信息接收任務，令牌輪循任務，信息分發(fā)任務，設備聲明任務。在系統(tǒng)任務中設備聲明任務只需定期進行發(fā)送聲明信息，表明設備在線，其周期較長，故可安排較低優(yōu)先級；信息接收任務由中斷觸發(fā)，為了提高調(diào)度精度，防止中斷延遲時間過長，可安排信息接收任務為較高優(yōu)先級，當中斷發(fā)生確保能較快的切換到信息接收任務接收信息。令牌輪循任務功能單一，處理時間較短，故安排優(yōu)先級高于信息發(fā)送任務。

μC/OS-II是基于搶占式內(nèi)核，當一個任務正在執(zhí)行時，如果任務就緒表中有更高級別任務就緒，就中止當前任務切換到高優(yōu)先級任務。如圖3所示，信息分發(fā)任務在執(zhí)行過程中，信息接收任務就緒，系統(tǒng)立刻中止信息分發(fā)任務，保留當前狀態(tài)在堆棧中，然后切換到高優(yōu)先級的信息接收任務，信息接收完成再返回到信息發(fā)送任務繼續(xù)執(zhí)行。

3.3任務間信息交換和同步設計與實現(xiàn)

在嵌入式多任務系統(tǒng)中，多任務之間信息交換和同步主要通過消息郵箱、消息隊列以及信號量來完成，μC/OS-II分別提供了相關函數(shù)供用戶調(diào)用，如任務，消息，信號量的創(chuàng)建，消息和信號量的請求和發(fā)送等。

根據(jù)調(diào)度策略無線調(diào)度平臺主從設備信息交換設計圖如圖4所示：

任務間信息交換和同步設計是無線調(diào)度機制實現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，在具體實現(xiàn)過程中主要利用μC/OS-II的消息隊列函數(shù)，其中OSQPend（）為消息請求函數(shù)，OSQPost（）為消息發(fā)送函數(shù)。

串口中斷與信息接收任務間通過消息隊列進行信息傳遞代碼實現(xiàn)如下，SERIAL2RecData作為是否接收信息標志位，由中斷置位，有信息接收時，串口服務程序向信息接收任務發(fā)送消息。

void SERIAL2_ISR(void) interrupt 20 //串口接收中斷服務程序

{ SERIAL2RecBuffer[SERIAL2RecBufferTail] = SBUF1;

SERIAL2RecData = 1; //接收數(shù)據(jù)標志位

}

void task_serial2(void) ADD_REENTRANT //串口服務程序

{ if(SERIAL2RecData == 1)

OSQPost(bt_msg_queue, (void *)pmsg);

}