基于μC／0S―II的時問片調(diào)度法設(shè)計
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μC／0S―II嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)采用的是基于優(yōu)先級的可剝奪調(diào)度法?；趦?yōu)先級的可剝奪調(diào)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(yùn)行；最高優(yōu)先級的任務(wù)一旦就緒，總能得到CPU的使用權(quán)，當(dāng)一個運(yùn)行著的任務(wù)使一個比它優(yōu)先級高的任務(wù)進(jìn)入了就緒態(tài)時，當(dāng)前任務(wù)的CPU使用權(quán)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(quán)。除非最高優(yōu)先級的任務(wù)主動放棄CPU的使用權(quán)(通過調(diào)用0STimeDly()、0SSem―Pend()等函數(shù))，否則低優(yōu)先級的任務(wù)是沒機(jī)會獲得CPU使用權(quán)的。對于一個實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中耗時比較長的任務(wù)，為了讓其他任務(wù)能夠得到實(shí)時調(diào)度，可以用兩種方法來處理。第一種方法是把該任務(wù)的優(yōu)先級設(shè)為最低(當(dāng)然還是比空閑任務(wù)要高)；第二種方法就是讓該耗時任務(wù)運(yùn)行一段時間后延時一下再繼續(xù)運(yùn)行，即把整個任務(wù)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(wù)并不能設(shè)置為最低優(yōu)先級任務(wù)，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(wù)獲得CPU使用權(quán)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(shè)計了一種優(yōu)先級和時間片相結(jié)合的調(diào)度法(也就是基于μC／0S―II的時間片調(diào)度法)。
1 調(diào)度原理
這種調(diào)度法給處于就緒態(tài)的每一個任務(wù)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(wù)得不到時間片的分配)，內(nèi)核按照任務(wù)的優(yōu)先級依次調(diào)度處于就緒態(tài)的任務(wù)，即當(dāng)就緒態(tài)中最高優(yōu)先級的任務(wù)用完自己的時間片后，CPU控制權(quán)轉(zhuǎn)讓給就緒態(tài)中優(yōu)先級第二高的任務(wù)。該任務(wù)用完自己的時間片后，CPU控制權(quán)又轉(zhuǎn)讓給下一優(yōu)先級的就緒態(tài)任務(wù)……當(dāng)就緒態(tài)的每一個任務(wù)都被調(diào)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(diào)度……
其中要注意的是，在調(diào)度過程中如果有一個比當(dāng)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)建或獲取了一個信號量等)，當(dāng)前任務(wù)的CPU控制權(quán)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(quán)。
圖1解釋了該調(diào)度法的調(diào)度過程(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在等待一個信號量，優(yōu)先級中的任務(wù)2獲得CPU使用權(quán)。
②任務(wù)2的時間片用完，優(yōu)先級低的任務(wù)3獲得CPU使用權(quán)。
③任務(wù)3的時間片用完，任務(wù)2重新獲得CPU的使用權(quán)。
④任務(wù)2的時間片還沒用完時中斷來臨，中斷服務(wù)程序獲得CPU使用權(quán)。
⑤中斷服務(wù)程序發(fā)送了一個任務(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(quán)。
⑥任務(wù)1的時間片用完，任務(wù)2繼續(xù)運(yùn)行。
⑦任務(wù)2的時間片用完，任務(wù)3獲得CPU使用權(quán)。
⑧任務(wù)3的時間片用完，重新分配時間片，新一輪調(diào)度開始。
2 實(shí)現(xiàn)方法
在調(diào)度算法的實(shí)現(xiàn)過程中，力求做到3點(diǎn)：
①盡可能少地改動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(diào)度法(可以很方便地選擇優(yōu)先級調(diào)度法或是時間片調(diào)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(jù)結(jié)構(gòu)中增加的變量
在進(jìn)程控制塊中增加兩項(xiàng)：
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(diào)度相關(guān)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(wù)調(diào)度法*/
INT16U OSTCBTimeSlice；
/*任務(wù)的時間片大小，在任務(wù)創(chuàng)建時被初始化，運(yùn)行過程中保持不變*/
INT16U OSTCBCounter；
/*任務(wù)運(yùn)行剩余時間計數(shù)器，每一輪調(diào)度開始時該變量被賦值(等于OSTCBTimeSlice)，運(yùn)行過程中不斷遞減。當(dāng)其等于0時任務(wù)被剝奪CPU使用權(quán)*/
#endif
}
由于當(dāng)前任務(wù)的時間片使用完時，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(diào)度開始時它又必須被恢復(fù)，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(diào)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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