μC/OS優(yōu)先級(jí)調(diào)度機(jī)制在PowerPC上的優(yōu)化

摘要: μC/OSII實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)被移植到幾乎所有CPU上，在我國(guó)嵌入式領(lǐng)域頗具影響力。μC/OS和μC/OSII是為8位CPU設(shè)計(jì)的，對(duì)于具有優(yōu)先級(jí)算法硬件指令的32位中高端CPU，則應(yīng)該對(duì)其任務(wù)調(diào)度算法做進(jìn)一步優(yōu)化，以得到更好的系統(tǒng)實(shí)時(shí)響應(yīng)。本文以一款PowerPC系列中的中低端單片機(jī)為例，說明如何使用優(yōu)先級(jí)算法硬件指令改進(jìn)任務(wù)調(diào)度算法。

關(guān)鍵詞: μC/OS；PowerPC；優(yōu)先級(jí)調(diào)度；前導(dǎo)零計(jì)算

Optimization of μC/OS Task Switching Scheme in PowerPC Architecture
Gong Guanghua1，Che Huijun2
(1. Dept. of Engineering Physics, Tsinghua Univ.，Beijing 100084,China；2. Beijing National Railway ResearchDesign Institute of SignalCommunication)
Abstract： Realtime multitask kernel μC/OS and μC/OSII are ported to almost all popular processors and are widely used in China. As originally designed for 8 bit microcontroller, the kernel is not aware of nor utilizes the hardware priority calculation instruction that exists in some highperformance 32 bit microcontroller families. Based on MPC5554 from Freescale PowerPC embedded microcontroller, this article shows how the hardware priority calculation instruction is used to improve the system response latency.
Key words: μC/OS; PowerPC; task switching; count leading zero instruction

　　μC/OS是Jean J.Labrosse開發(fā)的實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核，最初是為Motorola 8位處理器68HC11寫的。在后來的相關(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 (63Prio) );
　　else OSRdyTbl [0] |= (1 (31Prio) );
}
void ClrTaskRdyBit(INT8U Prio){ /*取消任務(wù)就緒態(tài)*/
　　if(Prio>32) OSRdyTbl[1] = ~(1 (63Prio) );
　　else OSRdyTbl[0] = ~(1 (31Prio) );
}
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，沒有考慮任何的優(yōu)化和改進(jìn)。通過這樣的原理性函數(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。