嵌入式系统-Chapter5-任务管理与调度.ppt

电子科技大学嵌入式软件工程中心 嵌入式系统及应用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 第五章 任务管理与调度 电子科技大学嵌入式软件工程中心 主要内容 任务 任务管理 任务调度 优先级反转 电子科技大学嵌入式软件工程中心 High Priority Task Low Priority Task Task Task Task Task Task Task EventEvent Each Task Infinite Loop Importance Splitting an application into TasksSplitting an application into Tasks 电子科技大学嵌入式软件工程中心 int main(void) / Initialize uCOS-II. OSInit(); / Create the first task OSTaskCreate(TestTask1, (void *) 11, / Start multitasking. OSStart(); return 0; void TestTask1(void *pdata) printf(“%4u: * Test Task 1 First call *n“, OSTime); /Create 3 other tasks OSTaskCreate(TestTask2, (void *) 22, OSTaskCreate(TestTask3, (void *) 33, OSTaskCreate(TestTask4, (void *) 10, while (1) printf(“%4u: * Test Task 11 *n“, OSTime); OSTimeDly(1); Task demo based on Task demo based on uCOSuCOS 电子科技大学嵌入式软件工程中心 void TestTask2(void *pdata) while (1) printf(“%4u: * Test Task 22 *n“, OSTime); OSTimeDly(1); void TestTask3(void *pdata) while (1) printf(“%4u: * Test Task 33 *n“, OSTime); OSTimeDly(1); void TestTask4(void *pdata) while (1) printf(“%4u: + Test Task 10 +n“, OSTime); OSTaskSuspend(10); /Suspend yourself 程序运行结果程序运行结果 电子科技大学嵌入式软件工程中心 采用多任务的好处： 任务的规模较小 每个任务更容易编码和调试，其质量也更容易得 到保证 不少应用本身就是由多个任务构成的 如一个应用可能需要进行以下任务的处理：计算 、从网络获取数据和刷新显示屏幕 采用多任务的处理方式是应用问题的一个非常自 然的解决方式 任务之间具有较高的独立性，耦合性小 通过增加新的任务就能方便的扩充系统功能 实时性强 保证紧急事件得到优先处理成为可能 电子科技大学嵌入式软件工程中心 在嵌入式实时系统中 任务（task）通常为进程（process）和线程（ thread）的统称 任务是调度的基本单位 进程最初由Multics的设计者在60年代 提出来的，主要包括以下内容： 一个正在执行的程序； 计算机中正在运行的程序的一个实例； 可以分配给处理器，并由处理器执行的一个实体 ； 由一个顺序的执行线程、一个当前状态和一组相 关的系统资源所刻画的活动单元。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 进程由代码、数据、堆栈和进程控制块构成 。 进程控制块包含了操作系统用来控制进程所需要 的信息： 进程状态 CPU寄存器 调度信息 内存管理信息 I/O状态信息等 早期的进程，包含了以下两个方面的内容： 资源。进程是资源分配的基本单位，一个进程包 括一个保存进程映像的虚拟地址空间、主存、I/O 设备和文件等资源。 调度执行。进程作为操作系统的调度实体，是调 度的基本单位。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 随着操作系统的发展，进程所包含的两 个方面的内容逐渐被分开： 轻量级进程或线程：调度执行的单位 进程：资源分配的单位 线程是进程内部一个相对独立的控制流， 由线程上下文和需要执行的一段程序指令 构成 在进程中，所有线程共享该进程的状态和 资源，可以访问相同的数据 电子科技大学嵌入式软件工程中心 使用线程的优势： 创建：在一个已有进程中创建一个新线程比创建一个 全新的进程所需的时间开销少； 终止：终止一个线程比终止一个进程所花费的时间少 ； 切换：线程切换比进程切换所花费的时间少； 通信：使同一进程内部不同线程之间的通信效率得到 显著提高。 在大多数操作系统中，不同进程之间的通信需要内核的干预 ，而同一进程内部不同线程之间则可直接通信。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 引入线程的概念后，可把进程和线程的 使用分为以下几种模型： 单进程/单线程模型（如MS-DOS）：整个系统只 有一个进程、一个线程 单进程/多线程模型：在单进程/多线程模型中， 整个系统有一个进程、多个线程 多进程/单线程模型（如传统的UNIX）：在多进 程/单线程模型中，整个系统有多个进程，每个进 程只有一个线程 多进程/多线程模型（如Windows NT、Solaris 、Mach等）：在多进程/多线程模型中，系统有 多个进程，每个进程又可包含多个线程 电子科技大学嵌入式软件工程中心 单进程/单线程模型 单进程/多线程模型 多进程/多线程模型 多进程/单线程模型 电子科技大学嵌入式软件工程中心 大多数嵌入式实时内核：单进程/多线 程模型，或简单地称为任务模型 把整个应用当作一个没有定义的进程来对 待； 应用则被划分为多个任务的形式来进行处 理。 适用于实时性要求较高的、相对简单的应 用 也有一些嵌入式实时操作系统采用了多 进程/多线程模型： 系统中包含多个进程，每个进程对应又包 含多个线程 适合于处理复杂的应用 电子科技大学嵌入式软件工程中心 第一节 任 务 任务的定义及其主要特性 任务的内容 任务的分类 任务参数 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务的定义及其主要特性 任务是一个具有独立功能的无限循环的程序段 的一次运行活动，是实时内核调度的单位，具 有以下特性： 动态性：任务状态是不断变化的。 一般分为就绪态、运行态和等待态。 在多任务系统中，任务的状态将随着系统的需要不断进行变 化。 并行性： 系统中同时存在多个任务，这些任务在宏观上是同时运行的 。 异步独立性： 每个任务各自按相互独立的不可预知的速度运行，走走停停 。 多任务运行情况多任务运行情况 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务的内容 任务主要包含以下内容： 代码：一段可执行的程序 数据：程序所需要的相关数据（变量、工作 空间、缓冲区等） 堆栈 程序执行的上下文环境 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务的内容 任务通常包含一个具有无限循环的程序 /*ioTask implements data obtaining and handling continuously*/ void ioTask(void) int data; initial(); /*The following sentences get data and handle data continuously*/ while(TRUE) data = getData(); handleData(data); 电子科技大学嵌入式软件工程中心 void YourTask (void *pdata) for (;) /* USER CODE */ Call one of uC/OS-IIs services: OSFlagPend(); OSMboxPend(); OSMutexPend(); OSQPend(); OSSemPend(); OSTaskDel(OS_PRIO_SELF); OSTaskSuspend(OS_PRIO_SELF); OSTimeDly(); OSTimeDlyHMSM(); /* USER CODE */ void YourTask (void *pdata) /* USER CODE */ OSTaskDel(OS_PRIO_SELF); 电子科技大学嵌入式软件工程中心 void TestTask2(void *pdata) while (1) printf(“%4u: * Test Task 22 *n“, OSTime); OSTimeDly(1); void TestTask3(void *pdata) while (1) printf(“%4u: * Test Task 33 *n“, OSTime); OSTimeDly(1); void TestTask4(void *pdata) while (1) printf(“%4u: + Test Task 10 +n“, OSTime); OSTaskSuspend(10); /Suspend yourself 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务的内容 任务与程序的区别： 任务能真实地描述工作内容的并发性，而 程序不能； 程序是任务的组成部分 除程序外，任务还包括数据、堆栈及其上下文 环境等内容； 程序是静态的，任务是动态的； 任务有生命周期，有诞生、有消亡，是短 暂的；而程序是相对长久的； 一个程序可对应多个任务，反之亦然； 任务具有创建其他任务的功能，而程序没 有。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务的内容 任务上下文环境（context） 包括了实时内核管理任务、以及处理器执行 任务所需要的所有信息。 任务优先级 任务的状态等实时内核所需要的信息 以及处理器的各种寄存器的内容（hardware context）：程序计数器、堆栈指针、通用寄存器 等的内容 任务的上下文环境通过任务控制块（Task Control Block，TCB）来体现。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务1任务2任务3 内核 内核代码内核数据 栈 数据 任务 控制块 代码 栈 数据 任务 控制块 代码 栈 数据 任务 控制块 代码 任务1任务2任务3 多任务系统多任务系统 示意图示意图 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务的分类 按照到达情况的可预测性，任务可以划分 为： 周期任务（periodic task） 非周期任务 按照重要程度，可分为： 关键任务（critical task） 非关键任务（noncritical task） 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务的分类 周期任务与非周期任务 周期任务每隔一个固定的时间间隔就会执 行一次。 举例：飞行器可能需要每隔100ms获得一次关 于飞行器的速度、高度和姿态数据，控制传感 器获取这些数据就需要通过周期任务来进行。 非周期任务执行的间隔时间则为不确定的 。 举例：移动通信设备中的通信任务，该任务只 有在需要进行通信的情况下才会得到执行。 非周期任务分为： sporadic task：有最小到达间隔时间限制 aperiodic task：没有到达时间限制 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务的分类 关键任务与非关键任务 关键任务： 为需要得到及时执行的任务，否则将出现灾难性 的后果 举例：飞行器中用于处理生命支持系统和稳定性控制系 统的任务 非关键任务： 如果没有得到及时执行，则不会产生严重后果 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务参数 任务参数： 优先级（priority） 周期（period） 计算时间（computation time） 就绪时间（ready time） 截止时间（deadline） 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务参数 任务的优先级 表示任务对应工作内容在处理上的优先程 度 优先级越高，表明任务越需要得到优先处 理 飞行器中处理稳定性控制的任务，就需要具有 较高的优先级，一旦执行条件得到满足，应及 时得到执行 任务的优先级分为静态优先级和动态优先 级。 静态优先级：任务的优先级被确定后，在系统 运行过程中将不再发生变化； 动态优先级：系统运行过程中，任务的优先级 是可以动态变化的。 返回 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务参数 周期 周期任务所具有的参数，表示任务周期性执行的间隔 时间 任务的计算时间 任务在特定硬件环境下被完整执行所需要的时间 ，也被称为是任务的执行时间（execution time ）。 由于任务每次执行的软件环境的差异性，导致任务在 各次具体执行过程中的计算时间各有不同。 通常用最坏情况下的执行时间（worst case time）或是需要的最长执行时间来表示，也可用统 计时间（statistical time）来表示。 返回 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务参数 任务的就绪时间 任务具备了在处理器上被执行所需要条件时的时间。 任务的截止时间 意味着任务需要在该时间到来之前被执行完成。 截止时间可以通过绝对截止时间（absolute deadline ）和相对截止时间（relative time）两种方式来表示 相对截止时间为任务的绝对截止时间减去任务的就绪时 间。 截止时间可以分为强截止时间（hard deadline）和弱 截止时间（soft deadline）两种情况： 具有强截止时间的任务即为关键任务，如果截止时 间不能得到满足，就会出现严重的后果。 拥有关键任务的实时系统又被称为强实时（hard real -time）系统，否则称为弱实时（soft real-time）系 统。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 第二节 任务管理 任务状态与变迁 空闲任务 任务控制块 任务切换 任务队列 优先级位图算法 任务管理机制 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务状态与变迁 任务拥有的资源情况是不断变化的，导致 任务状态也表现出不断变化的特性。 不同的实时内核实现方式对任务状态的定 义不尽相同，但是都可以概括为三种基本 的状态： 等待（waiting）：任务在等待某个事件的发 生； 就绪（ready）： 任务等待获得处理器资源 ； 执行（running）：任务获得处理器资源， 所包含的代码内容正在被执行。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务状态与变迁 在单处理器系统中： 任何时候都只有一个任务在CPU中执行 如果没有任何事情可做，就运行空闲任务执行空 操作 任何一个可以执行的任务都必须处于就绪状态 调度程序从任务的就绪队列中选择下一个需要执 行的任务。 处于就绪状态的任务拥有除CPU以外的其他所 有需要的资源。 任务还可能处于等待状态 如果任务在需要等待I/O设备或其他任务提供的 数据，而数据又还没有到达该任务的情况下，就 处于等待状态 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务状态与变迁 任务会在不同的状态之间进行转换，即 任务状态的变迁 就绪态 运行态 等待态 获得CPU 被高优先级 任务抢占或 超时 获得资源 需要 资源 任务状态变迁任务状态变迁 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务1 任务2 任务3 调度 程序 051015 2025303540 4550 运行 等待就绪 三个任务进行状态转换的过程 包含三个任务和一个调度程序。调度程序用来确定下一个 需要投入运行的任务，因此调度程序本身也需要占用一定 的处理时间。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 Task states and transition of Task states and transition of uCOSuCOS OSMBoxPOST() OSQPost() OSQPostFront() OSSemPost() OSTASKResume() OSTimeDlyResume() OSTimeTick() OSMBoxPend() OSQPend() OSSemPend() OSTaskSuspend() OSTimeDly() OSTimeDlyHMSM() Interrupt OSIntExit() OSStart() OSIntExit() OS_TASK_SW() OSTaskDel() OSTaskCreate() OSTaskCreateExt() OSTaskDel() Task is Preempted OSTaskDel() WAITING DORMANTREADY RUNNINGISR 电子科技大学嵌入式软件工程中心 空闲任务 Which is executed when none of the other tasks is ready to run. The idle task is always set to the lowest priority. The idle task can never be deleted by application software. Idle Task is created by OS 电子科技大学嵌入式软件工程中心 void OS_TaskIdle (void *pdata) /* Prevent compiler warning for not using pdata */ pdata = pdata; for (;) OS_ENTER_CRITICAL(); OSIdleCtr+; OS_EXIT_CRITICAL(); /* Call user definable HOOK */ OSTaskIdleHook(); Idle Task of Idle Task of uCOSuCOS OSIdleCtrOSIdleCtr is used by the statistics task to determine how is used by the statistics task to determine how much CPU time (in percentage) is actually being much CPU time (in percentage) is actually being consumed by the application software.consumed by the application software. 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务控制块 任务管理是通过对任务控制块（Task Control Block，TCB）的操作来实现的。 任务控制块是包含任务相关信息的数据结构 包含了任务执行过程中所需要的所有信息。 任务控制块大都包括以下信息： 任务的名字 任务执行的起始地址 任务的优先级 任务的状态 任务的硬件上下文（堆栈指针、PC和寄存器等) 任务的队列指针等内容 电子科技大学嵌入式软件工程中心 task name task ID task status task priority task context（registers and flags of CPU） 任务控制块示意图任务控制块示意图 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务控制块 为节约内存，任务数量通常需要进行预 先配置 按照配置的任务数量初始化任务控制块，一个任务 对应一个初始的任务控制块，形成一个空闲任务控 制块链。 在任务创建时，实时内核从空闲任务控 制块链中为任务分配一个任务控制块。 随后对任务的操作，都是基于对应的任务控制块来 进行的。 当任务被删除后，对应的任务控制块又会被实时内 核回收到空闲任务控制块链。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 typedef struct os_tcb OS_STK *OSTCBStkPtr; /* Pointer to current top of stack*/ #if OS_TASK_CREATE_EXT_EN 0 void *OSTCBExtPtr; /* Pointer to user definable data for TCB extension */ OS_STK *OSTCBStkBottom; /* Pointer to bottom of stack */ INT32U OSTCBStkSize; /* Size of task stack (in number of stack elements) */ INT16U OSTCBOpt; /* Task options as passed by OSTaskCreateExt() */ INT16U OSTCBId; /* Task ID (065535) */ #endif struct os_tcb *OSTCBNext;/* Pointer to next TCB in the TCB list */ struct os_tcb *OSTCBPrev;/* Pointer to previous TCB in the TCB list*/ TCB of TCB of uCOSuCOS 电子科技大学嵌入式软件工程中心 #if (OS_Q_EN0) /* Pointer to event control block */ #endif #if (OS_Q_EN 0) /* Message received from OSMboxPost() or OSQPost()*/ #endif TCB of TCB of uCOSuCOS 电子科技大学嵌入式软件工程中心 #if (OS_VERSION = 251) /* Pointer to event flag node*/ #endif OS_FLAGS OSTCBFlagsRdy; /* Event flags that made task ready to run*/ #endif INT16U OSTCBDly; /* Nbr ticks to delay task or, timeout waiting for event*/ INT8U OSTCBStat;/* Task status */ INT8U OSTCBPrio;/* Task priority (0 = highest, 63 = lowest) */ TCB of TCB of uCOSuCOS 电子科技大学嵌入式软件工程中心 INT8U OSTCBX;/* Bit position in group corresponding to task priority (07)*/ INT8U OSTCBY;/* Index into ready table corresponding to task priority */ INT8U OSTCBBitX; /* Bit mask to access bit position in ready table */ INT8U OSTCBBitY; /* Bit mask to access bit position in ready group */ #if OS_TASK_DEL_EN 0 BOOLEAN OSTCBDelReq; /* Indicates whether a task needs to delete itself */ #endif OS_TCB; TCB of TCB of uCOSuCOS 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务切换 任务切换（context switching） 保存当前任务的上下文，并恢复需要执行的 任务的上下文的过程。 当发生任务切换时： 当前正在运行的任务的上下文就需要通过该 任务的任务控制块保存起来； 把需要投入运行的任务的上下文从对应的任 务控制块中恢复出来。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务1 任务2 任务3 调度 程序 051015 2025303540 4550 运行 等待就绪 在时刻8即发生了任务切换，任务1的上下文需要保存到任务1的任务 控制块中去。 经过调度程序的处理，在时刻10任务2投入运行，需要把任务2的任务 控制块中关于上下文的内容恢复到CPU的寄存器中。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务1任务2 实时内核调度程序 保存任务1的上下文到TCB1 从TCB2恢复任务2的上下文 保存任务2的上下文到TCB2 从TCB1恢复任务1的上下文 时间 任务1执行一段时间后，由于某种原因，需要进行任务切换，进入实时内 核的调度程序。调度程序首先把当前的上下文内容保存到任务1的任务控 制块TCB1中，然后又把任务2的上下文从TCB2中恢复到CPU寄存器，随后 任务2得到执行。任务2执行一段时间后，由于某种原因，需要进行任务 切换，进入实时内核的调度程序。调度程序首先把当前的上下文内容保 存到任务2的任务控制块TCB2中，然后又把任务1的上下文从TCB1中恢复 到CPU寄存器，随后任务1得到执行。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务切换 任务切换将导致任务状态发生变化： 当前正在运行的任务将由运行状态变为就绪 或是等待状态； 需要投入运行的任务则由就绪状态变为运行 状态。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务切换 任 务 切 换 基 本 步 骤 1 保存任务上下文环境 2 更新当前运行任务的控制块内容，将其 状态改为就绪或等待状态 3 将任务控制块移到相应队列（就绪队列 或等待队列） 4 选择另一个任务进行执行(调度) 5 改变需投入运行任务的控制块内容，将 其状态变为运行状态 6 恢复需投入运行任务的上下文环境 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务切换 任务切换 时机 中断、自陷 运行任务因缺乏资源而被 阻塞 时间片轮转调度时 高优先级任务处于就绪时 退出 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务切换 中断、自陷 如当I/O中断发生的时候 如果I/O活动是一个或多个任务正在等待的事 件，内核将把相应的处于等待状态的任务转 换为就绪状态 同时，内核还将确定是否继续执行当前处于 运行状态的任务，或是用高优先级的就绪任 务抢占该任务 自陷 由于执行任务中当前指令所引起，将导致实 时内核处理相应的错误或异常事件，并根据 事件类型，确定是否进行任务的切换 返回 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务切换 运行任务因缺乏资源而被阻塞 如，任务执行过程中进行I/O操作时（ 如打开文件），如果此前该文件已被 其他任务打开，将导致当前任务处于 等待状态，而不能继续执行 返回 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务切换 时间片轮转调度时 内核将在时钟中断处理程序中确定当 前正在运行的任务的执行时间是否已 经超过了设定的时间片； 如果超过了时间片，实时内核将停止 当前任务的运行，把当前任务的状态 变为就绪状态，并把另一个任务投入 运行 返回 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务切换 高优先级任务处于就绪时 如果采用基于优先级的抢占式调度算 法，将导致当前任务停止运行，使更 高优先级的任务处于运行状态 电子科技大学嵌入式软件工程中心 void OS_Sched (void) INT8U y; OS_ENTER_CRITICAL(); if (OSIntNesting = 0) /*Get pointer to HPT ready*/ OSPrioHighRdy = (INT8U)(y OSTCBStkPtr = SP; OSTCBCur = OSTCBHighRdy; SP = OSTCBHighRdy-OSTCBStkPtr; POP R4, R3, R2 and R1 from the new stack; Execute a return from interrupt instruction; OS_TASK_SW()OS_TASK_SW() 电子科技大学嵌入式软件工程中心 Context-switch in Context-switch in uCOSuCOS Data structures before context-switchData structures before context-switch CPU LOW MEMORY HIGH MEMORY LOW MEMORY HIGH MEMORY OSTCBCur OSTCBHighRdy Stack Growth sp R1 R2 R3 R4 PC PSW (1) (5) (4)(2) (3) OS_TCBOS_TCB Low Priority TaskHigh Priority Task R3 R4 R2 R1 PC PSW 电子科技大学嵌入式软件工程中心 Data structures after saving the context of current Data structures after saving the context of current tasktask CPU LOW MEMORY HIGH MEMORY LOW MEMORY HIGH MEMORY OSTCBCurOSTCBHighRdy Stack Growth sp R1 R2 R3 R4 PC PSW (1) (3) OS_TCBOS_TCB Low Priority TaskHigh Priority Task PSW PC R1 R2 R3 R4 R4 R3 R2 R1 PC PSW (2) (3) 电子科技大学嵌入式软件工程中心 CPU LOW MEMORY HIGH MEMORY LOW MEMORY HIGH MEMORY OSTCBHighRdy sp R1 R2 R3 R4 PC PSW OS_TCBOS_TCB Low Priority TaskHigh Priority Task PSW PC R1 R2 R3 R4 R4 R3 R2 R1 PC PSW Data structures after restoring the context of high Data structures after restoring the context of high priority taskpriority task OSTCBCur (1) (2) (3) (4) (4) Stack Growth 电子科技大学嵌入式软件工程中心 LOW MEMORY HIGH MEMORY SW SEG_task OFF_task AX CX DX BX SP BP SI DI ES DS LOW MEMORY HIGH MEMORY SW SEG_task OFF_task AX CX DX BX SP BP SI DI ES DS SW SS SP AX BX DX DS ES SI DI BP CS IP CX OS_TCBOS_TCB OSTCBCur OSTCBHighRdy OSTCBCur-OSTCBStkPtr 80x86 CPU (Real Mode) OSTCBHighRdy-OSTCBStkPtr PUSH ES PUSH DS PUSHA OS_TASK_SW() (INT 128 ) POP DS POP ES POPA IRET Stack Growth Stack Growth (1) (2) (3) (4) (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (7) (8) (9) (10) Context-switch in Context-switch in ucOSucOS Based on 80X86CPU real modeBased on 80X86CPU real mode 电子科技大学嵌入式软件工程中心 _OSCtxSw PROC FAR PUSHA ; Save current tasks context PUSH ES ; PUSH DS ; ; MOV AX, SEG _OSTCBCur ; Reload DS in case it was altered MOV DS, AX ; ; LES BX, DWORD PTR DS:_OSTCBCur ; OSTCBCur-OSTCBStkPtr = SS:SP MOV ES:BX+2, SS ; MOV ES:BX+0, SP ; ; CALL FAR PTR _OSTaskSwHook ; MOV AX, WORD PTR DS:_OSTCBHighRdy+2 ; OSTCBCur = OSTCBHighRdy MOV DX, WORD PTR DS:_OSTCBHighRdy ; MOV WORD PTR DS:_OSTCBCur+2, AX ; MOV WORD PTR DS:_OSTCBCur, DX ; ; MOV AL, BYTE PTR DS:_OSPrioHighRdy ; OSPrioCur = OSPrioHighRdy MOV BYTE PTR DS:_OSPrioCur, AL ; LES BX, DWORD PTR DS:_OSTCBHighRdy ; SS:SP = OSTCBHighRdy-OSTCBStkPtr MOV SS, ES:BX+2 ; MOV SP, ES:BX ; ; POP DS ; Load new tasks context POP ES ; POPA ; ; IRET ; Return to new task ; _OSCtxSw ENDP Context-switch under 80x86Context-switch under 80x86 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务调度及上下文切换时间 保 存 调 度 恢 复 保存当前运行任务上下文的时间 选择下一个任务的调度时间 将要运行任务的上下文的恢复时间 取决于任务上下文的定义和处理器的速 度。 不同种类的处理器，任务上下文的定义 不同，其内容有多有少。 任务上下文切换的时间与调度（即选择下一 个运行任务）的过程有关。 强实时内核要求调度过程所花费的时间是确定的 ，即不能随系统中就绪任务的数目而变化。 与具体实现调度算法时所采用的数据结构有关。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务队列 任务队列通过任务控制块实现对系统中 所有任务的管理。 新任务 CPU 就绪队列 等待队列 超时 调度 等待资源 获得资源 释放CPU 单就绪队列和单等待队列单就绪队列和单等待队列 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务队列 队列由任务控制块构成 task name task ID task status task priority task context task name task ID task status task priority task context task name task ID task status task priority task context Head 队列TCB1TCB2TCBn NULL 任务队列任务队列 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务队列 单等待队列 资源对应的事件发生时，实时内核需要扫 描整个等待队列，搜索等待该资源的任务 ，并按照一定的策略选取任务，把任务的 任务控制块放置到就绪队列。 如果系统的资源和任务比较多，搜索等待 该资源的任务所需要的时间就比较长，会 影响整个系统的实时性。 可采用一种多等待队列的处理方式 资源对应的事件发生时，能够在较短的时 间内确立等待该资源的任务等待队列。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 新任务 CPU 就绪队列 资源1等待队列 超时 调度 等待资源1 获得资源1 释放CPU 资源2等待队列 等待资源2 获得资源2 资源n等待队列 等待资源n 获得资源n 单就绪队列和多等待队列单就绪队列和多等待队列 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务队列 对于就绪任务，如果采用上述队列方式 进行管理，在基于优先级的调度处理中 ，要获得当前具有最高优先级的就绪任 务： 方式一：任务就绪时，把就绪任务的任务控 制块放在就绪队列的末尾。 调度程序需要从就绪队列的头部到尾部进行一次 遍历，才能获得就绪队列中具有最高优先级的任 务； 方式二：就绪队列按照优先级从高到低的顺 序排列。 新的就绪任务到达时，需要插入到就绪队列的合 适位置，确保就绪队列保持优先级从高到低排列 的顺序性。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 任务队列 在这两种处理方式中，所花费的时间与 任务数量有密切的关系，具有不确定性 。 为提高实时内核的确定性，可采用一种 被称为优先级位图的就绪任务处理算法 。 电子科技大学嵌入式软件工程中心 Free Free TCBsTCBs after after OS_TCBInitOS_TCBInit() () in in uCOSuCOS 电子科技大学嵌入式软件工程中心 优先级位图算法 OSRdyGrpOSRdyGrp: : 优先级就绪组优先级就绪组 OSRdyTblOSRdyTbl: : 优先级就绪表优先级就绪表 35: 0010001135: 00100011 char char OSRdyGrpOSRdyGrp; ; char OSRdyTbl8;char OSRdyTbl8; 电子科技大学嵌入式软件工程中心 下标二进制值 000000001 100000010 200000100 300001000 400010000 500100000 601000000 710000000 优先级映射表优先级映射表OSMapTblOSMapTbl char OSMapTbl8 = char OSMapTbl8 = 0x01, 0x02, 0x04, 0x08, 0x10, 0x20, 0x40, 0x80; OSMapTblOSMapTbl的数组元素的下标与任务优先级的的数组元素的下标与任务优先级的高三位高三位或或低三位低三位相对应。相对应。 OSMapTblOSMapTbl的数组元素对应的二进制值中，位为的数组元素对应的二进制值中，位为1 1的位表示的位表示OSRdyGrpOSRdyGrp 或是或是OSRdyTblOSRdyTbl 的对应位也为的对应位也为1 1。 35: 0010001135: 00100011 电子科技大学嵌入式软件工程中心 INT8U const OSUnMapTbl = 0, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 6, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 7, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 6, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 4, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 5, 0, 1, 0, 2, 0, 1, 0, 3,