基于μC／0S―II的時(shí)問(wèn)片調度法設計
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μC／0S―II嵌入式實(shí)時(shí)操作系統采用的是基于優(yōu)先級的可剝奪調度法?；趦?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(wù)運行；最高優(yōu)先級的任務(wù)一旦就緒，總能得到CPU的使用權，當一個(gè)運行著(zhù)的任務(wù)使一個(gè)比它優(yōu)先級高的任務(wù)進(jìn)入了就緒態(tài)時(shí)，當前任務(wù)的CPU使用權就被剝奪了，更高優(yōu)先級的任務(wù)立刻得到了CPU的使用權。除非最高優(yōu)先級的任務(wù)主動(dòng)放棄CPU的使用權(通過(guò)調用0STimeDly()、0SSem―Pend()等函數)，否則低優(yōu)先級的任務(wù)是沒(méi)機會(huì )獲得CPU使用權的。對于一個(gè)實(shí)際應用系統中耗時(shí)比較長(cháng)的任務(wù)，為了讓其他任務(wù)能夠得到實(shí)時(shí)調度，可以用兩種方法來(lái)處理。第一種方法是把該任務(wù)的優(yōu)先級設為最低(當然還是比空閑任務(wù)要高)；第二種方法就是讓該耗時(shí)任務(wù)運行一段時(shí)間后延時(shí)一下再繼續運行，即把整個(gè)任務(wù)劃分為若干步驟來(lái)執行，如以下的示例代碼：
很多情況下，耗時(shí)長(cháng)的任務(wù)并不能設置為最低優(yōu)先級任務(wù)，而劃分步驟來(lái)執行的方法不但繁瑣而且每一步執行的時(shí)間也是不確定的(其他低優(yōu)先級任務(wù)獲得CPU使用權的時(shí)間也會(huì )是不確定的)。筆者在用μC／OS―II開(kāi)發(fā)一款車(chē)載信息娛樂(lè )系統的時(shí)候就碰到了這樣的問(wèn)題，因此設計了一種優(yōu)先級和時(shí)間片相結合的調度法(也就是基于μC／0S―II的時(shí)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(gè)任務(wù)都分配一個(gè)時(shí)間片(優(yōu)先級越高分配的時(shí)間片越長(cháng)，空閑任務(wù)得不到時(shí)間片的分配)，內核按照任務(wù)的優(yōu)先級依次調度處于就緒態(tài)的任務(wù)，即當就緒態(tài)中最高優(yōu)先級的任務(wù)用完自己的時(shí)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(wù)。該任務(wù)用完自己的時(shí)間片后，CPU控制權又轉讓給下一優(yōu)先級的就緒態(tài)任務(wù)……當就緒態(tài)的每一個(gè)任務(wù)都被調度一次之后將重新為它們分配時(shí)間片，然后又開(kāi)始新一輪的調度……
其中要注意的是，在調度過(guò)程中如果有一個(gè)比當前任務(wù)優(yōu)先級更高的任務(wù)由其他態(tài)變成了就緒態(tài)(被創(chuàng )建或獲取了一個(gè)信號量等)，當前任務(wù)的CPU控制權將被剝奪；空閑任務(wù)仍然是等到其他任務(wù)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(guò)程(其中任務(wù)1優(yōu)先級最高，任務(wù)2次之，任務(wù)3最低)。
①任務(wù)2和任務(wù)3都處于就緒態(tài)，任務(wù)1在等待一個(gè)信號量，優(yōu)先級中的任務(wù)2獲得CPU使用權。
②任務(wù)2的時(shí)間片用完，優(yōu)先級低的任務(wù)3獲得CPU使用權。
③任務(wù)3的時(shí)間片用完，任務(wù)2重新獲得CPU的使用權。
④任務(wù)2的時(shí)間片還沒(méi)用完時(shí)中斷來(lái)臨，中斷服務(wù)程序獲得CPU使用權。
⑤中斷服務(wù)程序發(fā)送了一個(gè)任務(wù)1等待的信號量，中斷服務(wù)完成后優(yōu)先級高的任務(wù)1獲得CPU使用權。
⑥任務(wù)1的時(shí)間片用完，任務(wù)2繼續運行。
⑦任務(wù)2的時(shí)間片用完，任務(wù)3獲得CPU使用權。
⑧任務(wù)3的時(shí)間片用完，重新分配時(shí)間片，新一輪調度開(kāi)始。
2 實(shí)現方法
在調度算法的實(shí)現過(guò)程中，力求做到3點(diǎn)：
①盡可能少地改動(dòng)μC／0S―II原有的代碼；
②增加的代碼在風(fēng)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(shí)間片調度法)。
注：對于該小節中出現的代碼，如果是筆者增加的部分都用黑體表示。
2．1 數據結構中增加的變量
在進(jìn)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(shí)間片調度相關(guān)的代碼都用條件編譯。這樣，可以通過(guò)更改配置文件很方便地選擇任務(wù)調度法*/
INT16U OSTCBTimeSlice；
/*任務(wù)的時(shí)間片大小，在任務(wù)創(chuàng )建時(shí)被初始化，運行過(guò)程中保持不變*/
INT16U OSTCBCounter；
/*任務(wù)運行剩余時(shí)間計數器，每一輪調度開(kāi)始時(shí)該變量被賦值(等于OSTCBTimeSlice)，運行過(guò)程中不斷遞減。當其等于0時(shí)任務(wù)被剝奪CPU使用權*/
#endif
}
由于當前任務(wù)的時(shí)間片使用完時(shí)，該任務(wù)將被從就緒表OSRdyGrp以及OSRdyTbl[OS_RDY_TBL_SIZE]中清除；新一輪調度開(kāi)始時(shí)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(chēng)為“時(shí)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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