μC/OS的任務(wù)調(diào)度優(yōu)化實(shí)現(xiàn)方法（編程）

μC/OS是Jean J.Labrosse開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，最初是為Motorola 8位處理器68HC11寫(xiě)的。在后來(lái)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(shí)時(shí)性強(qiáng)和可擴(kuò)展性好等特點(diǎn)，被移植到幾乎所有類(lèi)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(shí)時(shí)內(nèi)核是為8位CPU設(shè)計(jì)的，對(duì)于那些具有優(yōu)先級(jí)算法硬件指令的CPU，僅做移植是很不夠的。

1 基于優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度

一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核的任務(wù)調(diào)度機(jī)制需要實(shí)現(xiàn)下面三個(gè)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(jí)的就緒態(tài)任務(wù)。

在32位機(jī)上運(yùn)行64個(gè)任務(wù)，可使用兩個(gè)32位的整型變量數(shù)組OSRdyTbl [2]，建立一個(gè)64位的任務(wù)就緒態(tài)向量;每一位表示對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)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(jí)為4的任務(wù)處于就緒態(tài)。構(gòu)造如下的三個(gè)函數(shù)，用來(lái)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(jí)的就緒任務(wù)。

void SetTaskRdyBit(INT8U Prio){/*設(shè)置任務(wù)就緒態(tài)*/

if(Prio>32) OSRdyTbl [1] |= (1 << (63Prio) );

else OSRdyTbl [0] |= (1 << (31Prio) );

}

void ClrTaskRdyBit(INT8U Prio){ /*取消任務(wù)就緒態(tài)*/

if(Prio>32) OSRdyTbl[1] &= ~(1 << (63Prio) );

else OSRdyTbl[0] &= ~(1 << (31Prio) );

}

INT8U FindHigheSTRdyTask(void){ /*尋找最高優(yōu)先級(jí)的就緒態(tài)任務(wù)*/

INT32U temp;//中間變量

INT8Uprio=0;

if(OSRdyTbl[0] != 0){

temp = OSRdyTbl[0];//就緒態(tài)任務(wù)中優(yōu)先級(jí)最高者在OSRdyTbl[0]中

}

else{

temp = OSRdyTbl[1]; //就緒態(tài)任務(wù)中優(yōu)先級(jí)最高者在OSRdyTbl[1]中

prio +=32;

}

while(temp <0x80000000){//逐位查找就緒態(tài)任務(wù)中優(yōu)先級(jí)最高者

temp <<=1;

prio ++;

}

return(prio);

}

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

尋找最高優(yōu)先級(jí)就緒態(tài)任務(wù)的函數(shù)調(diào)用頻率高，其執(zhí)行時(shí)間直接影響內(nèi)核的任務(wù)切換延遲時(shí)間，影響系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。上述尋找最高優(yōu)先級(jí)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(jí)不同，其循環(huán)次數(shù)也不同，導(dǎo)致其運(yùn)行時(shí)間不確定。

2 μC/OS的任務(wù)調(diào)度實(shí)現(xiàn)方法

μC/OS和μC/OSII是為8位CPU寫(xiě)的，采用8位機(jī)算法，支持64個(gè)任務(wù)。使用8個(gè)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(gè)字節(jié)的b0位代表64個(gè)任務(wù)中優(yōu)先級(jí)最高的任務(wù)，最后一個(gè)字節(jié)的b7位代表優(yōu)先級(jí)最低的空閑任務(wù)，永遠(yuǎn)為1。當(dāng)OSRdyTbl 數(shù)組的數(shù)據(jù)不為0時(shí)(表示對(duì)應(yīng)的8個(gè)任務(wù)中至少有1個(gè)進(jìn)入就緒態(tài))，另一個(gè)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(shí)，需更新OSRdyGrp和OSRdyTbl中對(duì)應(yīng)的位。

尋找最高優(yōu)先級(jí)的就緒任務(wù)時(shí)，μC/OS使用了預(yù)先固化的256字節(jié)的對(duì)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(cè)各優(yōu)先級(jí)位引起的執(zhí)行時(shí)間的不確定性，程序簡(jiǎn)單，執(zhí)行速度快，與就緒任務(wù)多少和優(yōu)先級(jí)無(wú)關(guān)。

對(duì)于取值0～63的任務(wù)優(yōu)先級(jí)，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(duì)應(yīng)的OSUnMapTbl的值保存在OSTCBBitY和OSTCBBitX變量中，以提高運(yùn)算速度。為了避免函數(shù)調(diào)用所帶來(lái)的額外開(kāi)銷(xiāo)，μC/OS直接用語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)如下的三部分功能。

① 設(shè)置任務(wù)進(jìn)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(jí)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(gè)0到7的數(shù)Y，作為優(yōu)先級(jí)高3位，再根據(jù)Y的值，找出OSRdyTbl中對(duì)應(yīng)的字節(jié)，并且再次查OSUnMapTbl表，得到1個(gè)0到7的數(shù)X，作為優(yōu)先級(jí)低3位的值，通過(guò)將Y左移3位再加上X的值，得到就緒任務(wù)中優(yōu)先級(jí)最高的那個(gè)。

y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];

SPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3) + OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]);