uCOS-II優(yōu)先級(jí)任務(wù)調(diào)度在PowerPC上的移植和優(yōu)化

作者：時(shí)間：2013-09-13 來源：網(wǎng)絡(luò)

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3 利用PowerPC“數(shù)出前導(dǎo)零數(shù)目”指令實(shí)現(xiàn)任務(wù)調(diào)度

PowerPC是Motorola 、IBM和Apple三家公司于20世紀(jì)90年代初期聯(lián)合設(shè)計(jì)的32位CPU。Freescale（其前身是Motorola半導(dǎo)體部）發(fā)展了針對(duì)汽車電子的MPC5xx系列單片機(jī)及后續(xù)基于e200內(nèi)核的MPC5xxx系列單片機(jī)；更高端的e500、e600內(nèi)核是用于通信領(lǐng)域的MPC6xxx、7xxx和8xxx系列。

下面對(duì)μC/OS任務(wù)優(yōu)先級(jí)調(diào)度算法的改進(jìn)和優(yōu)化是在MPC5554單片機(jī)上實(shí)現(xiàn)的。

PowerPC處理器具有一條“數(shù)出前導(dǎo)零數(shù)目” 的指令cntlzw(count leADIng zero word)，可以以硬件指令方式實(shí)現(xiàn)優(yōu)先級(jí)的多任務(wù)調(diào)度算法。這條指令也可用于圖像處理和算法加密的場(chǎng)合。該指令數(shù)出一個(gè)32位寄存器中前置零的數(shù)目，例如，返回0表示b0不為零，即沒有前導(dǎo)零；返回3表示b3不為零，b3位的前面從b0到b2共有3個(gè)零；返回32表示RS寄存器中所有的位都為零。（在PowerPC架構(gòu)中，最高位MSB表示為b0，低位MSB根據(jù)位寬表示為b7、b15或b31。）

利用這條指令，用匯編語言改寫尋找最高優(yōu)先級(jí)的就緒任務(wù)的函數(shù)，則不需要進(jìn)行循環(huán)移位判斷，可以直接從64個(gè)任務(wù)中找出優(yōu)先級(jí)最高的那個(gè)任務(wù)。代碼如下：

在這段代碼中，首先判斷前32個(gè)任務(wù)是否有處于就緒態(tài)的，如果沒有的話，再對(duì)后32個(gè)任務(wù)進(jìn)行判斷。由于優(yōu)先級(jí)最低的空閑任務(wù)總是處于就緒態(tài)，所以后32個(gè)任務(wù)總能返回一個(gè)有效值。該代碼在前32個(gè)任務(wù)有就緒態(tài)時(shí)運(yùn)行7條指令，在前32個(gè)任務(wù)均沒有就緒時(shí)需要執(zhí)行10條指令；而μC/OS原有的代碼編譯出來的匯編程序，則需要運(yùn)行15條指令。

使用這個(gè)方法的另一個(gè)好處是不再需要使用256字節(jié)的OSUnMapTbl表，任務(wù)控制塊TCB也不需要使用OSTCBX、OSTCBY和OSTCBBitY、OSTCBBitX變量，每個(gè)ECB中也不再需要OSRdyGrp，這也減少了對(duì)ROM和RAM的占用。

4 改進(jìn)擴(kuò)展任務(wù)數(shù)的優(yōu)先級(jí)調(diào)度性能

當(dāng)對(duì)μC/OSII支持的任務(wù)數(shù)進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，按照μC/OSII原有的做法，需要按照高低字節(jié)分別查找OSUnMapTbl對(duì)照表。任務(wù)數(shù)為256時(shí)，尋找最高優(yōu)先級(jí)就緒任務(wù)的函數(shù)將需要運(yùn)行約35條指令。數(shù)出前導(dǎo)零數(shù)目的指令在這種情況下的作用將更加顯著，對(duì)于32位PowerPC處理器，精心設(shè)計(jì)的代碼可以做到僅需10條指令就將任務(wù)數(shù)擴(kuò)展到1024個(gè)。

此時(shí)OSRdyGrp擴(kuò)展為32位，OSrdyTbl擴(kuò)展成32個(gè)32位的數(shù)組。從OSRdyGrp得到的前導(dǎo)零數(shù)目，就是任務(wù)優(yōu)先級(jí)高5位的值，乘以4可以得到該字的相對(duì)偏移地址；在OSRdyTbl中，定義高位對(duì)應(yīng)高優(yōu)先級(jí)任務(wù)，低位對(duì)應(yīng)低優(yōu)先級(jí)任務(wù)，則其前導(dǎo)零數(shù)目就是任務(wù)優(yōu)先級(jí)低5位的值，和高5位的值移位相加就得到完整的任務(wù)優(yōu)先級(jí)。通過將OSRdyGrp和OSRdyTbl定義成結(jié)構(gòu)體，利用結(jié)構(gòu)體首地址的相對(duì)尋址來分別讀取其數(shù)值，可以減少一次取地址的操作。

尋找最高優(yōu)先級(jí)就緒態(tài)的最終代碼如下：

在64位的PowerPC 更有cntlzd(Count Leading Zero Double word)指令，一次就可以找出64個(gè)任務(wù)中優(yōu)先級(jí)最高的那個(gè)，就更沒有必要使用μC/OSII中的算法了。

5 總結(jié)

RTOS實(shí)時(shí)內(nèi)核μC/OS和μC/OSII中，任務(wù)調(diào)度算法巧妙，性能優(yōu)異，在嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域很有影響力，被移植到各種CPU上。然而由于是為8位CPU設(shè)計(jì)的，對(duì)于那些具有優(yōu)先級(jí)硬件算法指令的16/32/64位CPU，μC/OSII的軟件算法就完全失去了優(yōu)勢(shì)。應(yīng)該利用這類CPU的特有指令，優(yōu)化任務(wù)調(diào)度算法，使RTOS的實(shí)時(shí)性達(dá)到最佳。對(duì)于這類處理器，僅移植μC/OSII軟件算法是很不夠的，應(yīng)該利用相關(guān)硬件算法指令。