基于μC/OS-II的無(wú)線(xiàn)調度策略分析與實(shí)現

2.2嵌入式實(shí)時(shí)操作系統調度管理

為完成調度機制的靈活實(shí)現，提高系統調度實(shí)時(shí)性，這里采用嵌入式操作系統對系統進(jìn)行管理。μC/OS-II是一種免費公開(kāi)源代碼、結構小巧、具有可剝奪實(shí)時(shí)內核的實(shí)時(shí)操作系統，其內核提供任務(wù)調度與管理、時(shí)間管理、任務(wù)間同步與通信、內存管理和中斷服務(wù)等功能。它適用于小型控制系統，具有執行效率高、占有空間小、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和擴展性強等特點(diǎn)，最小內核可以編譯至2K左右。

μC/OS-II實(shí)時(shí)內核采用占先式調度策略，不支持時(shí)間片輪調度法，核心是始終運行就緒條件下的優(yōu)先級最高的任務(wù)。在具體實(shí)現中就可以根據這一特點(diǎn)將無(wú)線(xiàn)調度系統劃分為多個(gè)任務(wù)，每一個(gè)任務(wù)賦予一個(gè)明確的并且與其他任務(wù)不同的優(yōu)先級，根據各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級，動(dòng)態(tài)地切換各個(gè)任務(wù)，從而保證了對實(shí)時(shí)性的要求。如果希望某個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級根據條件的變化而發(fā)生改變，則可以通過(guò)調用改變任務(wù)優(yōu)先級的函數來(lái)實(shí)現。

3 調度任務(wù)劃分及設計

3.1多任務(wù)劃分

任務(wù)和中斷的劃分主要根據調度平臺設備完成的功能來(lái)劃分，要求每個(gè)任務(wù)職責清晰，任務(wù)間的信息交換和同步互斥應該簡(jiǎn)潔明了，任務(wù)優(yōu)先級定義明確。

無(wú)線(xiàn)調度平臺設備任務(wù)可劃分為四個(gè)任務(wù)：設備聲明任務(wù)，信息分發(fā)任務(wù)，信息接收任務(wù)，令牌輪循任務(wù)。設備聲明任務(wù)主要完成設備身份認證，設備在網(wǎng)絡(luò )中聲明是主設備還是從設備，如果是主設備則進(jìn)行調度平臺星型網(wǎng)絡(luò )的組建，從設備則直接加入新組建的網(wǎng)絡(luò )。信息分發(fā)任務(wù)作用是將當前網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)、設備狀態(tài)和數據信息發(fā)送網(wǎng)絡(luò )中指定設備。信息接收任務(wù)是依靠串口中斷來(lái)觸發(fā)的，作用是接收網(wǎng)絡(luò )中的數據信息和主設備發(fā)送的或從設備返回的令牌。令牌輪循任務(wù)主要是針對主設備，當調度網(wǎng)絡(luò )組建完成，主設備根據網(wǎng)絡(luò )中節點(diǎn)信息（單獨開(kāi)辟存儲區存儲的節點(diǎn)號）進(jìn)行令牌信息分發(fā)，一般情況是根據節點(diǎn)號從大到小，得到令牌的節點(diǎn)才是當前網(wǎng)絡(luò )中的活動(dòng)節點(diǎn)。對于從設備，令牌輪循任務(wù)僅完成令牌返回功能。

3.2多任務(wù)優(yōu)先級裁決

在多任務(wù)系統的設計中優(yōu)先級的裁決至關(guān)重要，如果優(yōu)先級設定有誤，難以保證調度策略的正確實(shí)施，嚴重影響調度精確性?；讦藽/OS-II操作系統的任務(wù)優(yōu)先級設計遵循以下原則：（1）緊急任務(wù)優(yōu)先，（2）完成得快的任務(wù)優(yōu)先，（3）優(yōu)先級不能動(dòng)態(tài)變化，（4）不要出現多個(gè)同一優(yōu)先級的任務(wù)。

基于以上四點(diǎn)原則，分析無(wú)線(xiàn)調度系統任務(wù)，安排任務(wù)優(yōu)先級示意圖如圖3所示，任務(wù)優(yōu)先級由高至低依次為：信息接收任務(wù)，令牌輪循任務(wù)，信息分發(fā)任務(wù)，設備聲明任務(wù)。在系統任務(wù)中設備聲明任務(wù)只需定期進(jìn)行發(fā)送聲明信息，表明設備在線(xiàn)，其周期較長(cháng)，故可安排較低優(yōu)先級；信息接收任務(wù)由中斷觸發(fā)，為了提高調度精度，防止中斷延遲時(shí)間過(guò)長(cháng)，可安排信息接收任務(wù)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(wù)接收信息。令牌輪循任務(wù)功能單一，處理時(shí)間較短，故安排優(yōu)先級高于信息發(fā)送任務(wù)。

μC/OS-II是基于搶占式內核，當一個(gè)任務(wù)正在執行時(shí)，如果任務(wù)就緒表中有更高級別任務(wù)就緒，就中止當前任務(wù)切換到高優(yōu)先級任務(wù)。如圖3所示，信息分發(fā)任務(wù)在執行過(guò)程中，信息接收任務(wù)就緒，系統立刻中止信息分發(fā)任務(wù)，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(wù)，信息接收完成再返回到信息發(fā)送任務(wù)繼續執行。

3.3任務(wù)間信息交換和同步設計與實(shí)現

在嵌入式多任務(wù)系統中，多任務(wù)之間信息交換和同步主要通過(guò)消息郵箱、消息隊列以及信號量來(lái)完成，μC/OS-II分別提供了相關(guān)函數供用戶(hù)調用，如任務(wù)，消息，信號量的創(chuàng )建，消息和信號量的請求和發(fā)送等。

根據調度策略無(wú)線(xiàn)調度平臺主從設備信息交換設計圖如圖4所示：

任務(wù)間信息交換和同步設計是無(wú)線(xiàn)調度機制實(shí)現的重要環(huán)節，在具體實(shí)現過(guò)程中主要利用μC/OS-II的消息隊列函數，其中OSQPend（）為消息請求函數，OSQPost（）為消息發(fā)送函數。

串口中斷與信息接收任務(wù)間通過(guò)消息隊列進(jìn)行信息傳遞代碼實(shí)現如下，SERIAL2RecData作為是否接收信息標志位，由中斷置位，有信息接收時(shí)，串口服務(wù)程序向信息接收任務(wù)發(fā)送消息。

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

{ SERIAL2RecBuffer[SERIAL2RecBufferTail] = SBUF1;

SERIAL2RecData = 1; //接收數據標志位

}

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

{ if(SERIAL2RecData == 1)

OSQPost(bt_msg_queue, (void *)pmsg);

}