基于μC/OS-II的無線調(diào)度策略分析與實(shí)現(xiàn)

2.2嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)調(diào)度管理

為完成調(diào)度機(jī)制的靈活實(shí)現(xiàn)，提高系統(tǒng)調(diào)度實(shí)時(shí)性，這里采用嵌入式操作系統(tǒng)對系統(tǒng)進(jìn)行管理。μC/OS-II是一種免費(fèi)公開源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、具有可剝奪實(shí)時(shí)內(nèi)核的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時(shí)間管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能。它適用于小型控制系統(tǒng)，具有執(zhí)行效率高、占有空間小、實(shí)時(shí)性能優(yōu)良和擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)，最小內(nèi)核可以編譯至2K左右。

μC/OS-II實(shí)時(shí)內(nèi)核采用占先式調(diào)度策略，不支持時(shí)間片輪調(diào)度法，核心是始終運(yùn)行就緒條件下的優(yōu)先級最高的任務(wù)。在具體實(shí)現(xiàn)中就可以根據(jù)這一特點(diǎn)將無線調(diào)度系統(tǒng)劃分為多個(gè)任務(wù)，每一個(gè)任務(wù)賦予一個(gè)明確的并且與其他任務(wù)不同的優(yōu)先級，根據(jù)各個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級，動態(tài)地切換各個(gè)任務(wù)，從而保證了對實(shí)時(shí)性的要求。如果希望某個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級根據(jù)條件的變化而發(fā)生改變，則可以通過調(diào)用改變?nèi)蝿?wù)優(yōu)先級的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

3 調(diào)度任務(wù)劃分及設(shè)計(jì)

3.1多任務(wù)劃分

任務(wù)和中斷的劃分主要根據(jù)調(diào)度平臺設(shè)備完成的功能來劃分，要求每個(gè)任務(wù)職責(zé)清晰，任務(wù)間的信息交換和同步互斥應(yīng)該簡潔明了，任務(wù)優(yōu)先級定義明確。

無線調(diào)度平臺設(shè)備任務(wù)可劃分為四個(gè)任務(wù)：設(shè)備聲明任務(wù)，信息分發(fā)任務(wù)，信息接收任務(wù)，令牌輪循任務(wù)。設(shè)備聲明任務(wù)主要完成設(shè)備身份認(rèn)證，設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中聲明是主設(shè)備還是從設(shè)備，如果是主設(shè)備則進(jìn)行調(diào)度平臺星型網(wǎng)絡(luò)的組建，從設(shè)備則直接加入新組建的網(wǎng)絡(luò)。信息分發(fā)任務(wù)作用是將當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、設(shè)備狀態(tài)和數(shù)據(jù)信息發(fā)送網(wǎng)絡(luò)中指定設(shè)備。信息接收任務(wù)是依靠串口中斷來觸發(fā)的，作用是接收網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息和主設(shè)備發(fā)送的或從設(shè)備返回的令牌。令牌輪循任務(wù)主要是針對主設(shè)備，當(dāng)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)組建完成，主設(shè)備根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)信息（單獨(dú)開辟存儲區(qū)存儲的節(jié)點(diǎn)號）進(jìn)行令牌信息分發(fā)，一般情況是根據(jù)節(jié)點(diǎn)號從大到小，得到令牌的節(jié)點(diǎn)才是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的活動節(jié)點(diǎn)。對于從設(shè)備，令牌輪循任務(wù)僅完成令牌返回功能。

3.2多任務(wù)優(yōu)先級裁決

在多任務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中優(yōu)先級的裁決至關(guān)重要，如果優(yōu)先級設(shè)定有誤，難以保證調(diào)度策略的正確實(shí)施，嚴(yán)重影響調(diào)度精確性。基于μC/OS-II操作系統(tǒng)的任務(wù)優(yōu)先級設(shè)計(jì)遵循以下原則：（1）緊急任務(wù)優(yōu)先，（2）完成得快的任務(wù)優(yōu)先，（3）優(yōu)先級不能動態(tài)變化，（4）不要出現(xiàn)多個(gè)同一優(yōu)先級的任務(wù)。

基于以上四點(diǎn)原則，分析無線調(diào)度系統(tǒng)任務(wù)，安排任務(wù)優(yōu)先級示意圖如圖3所示，任務(wù)優(yōu)先級由高至低依次為：信息接收任務(wù)，令牌輪循任務(wù)，信息分發(fā)任務(wù)，設(shè)備聲明任務(wù)。在系統(tǒng)任務(wù)中設(shè)備聲明任務(wù)只需定期進(jìn)行發(fā)送聲明信息，表明設(shè)備在線，其周期較長，故可安排較低優(yōu)先級；信息接收任務(wù)由中斷觸發(fā)，為了提高調(diào)度精度，防止中斷延遲時(shí)間過長，可安排信息接收任務(wù)為較高優(yōu)先級，當(dāng)中斷發(fā)生確保能較快的切換到信息接收任務(wù)接收信息。令牌輪循任務(wù)功能單一，處理時(shí)間較短，故安排優(yōu)先級高于信息發(fā)送任務(wù)。

μC/OS-II是基于搶占式內(nèi)核，當(dāng)一個(gè)任務(wù)正在執(zhí)行時(shí)，如果任務(wù)就緒表中有更高級別任務(wù)就緒，就中止當(dāng)前任務(wù)切換到高優(yōu)先級任務(wù)。如圖3所示，信息分發(fā)任務(wù)在執(zhí)行過程中，信息接收任務(wù)就緒，系統(tǒng)立刻中止信息分發(fā)任務(wù)，保留當(dāng)前狀態(tài)在堆棧中，然后切換到高優(yōu)先級的信息接收任務(wù)，信息接收完成再返回到信息發(fā)送任務(wù)繼續(xù)執(zhí)行。

3.3任務(wù)間信息交換和同步設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在嵌入式多任務(wù)系統(tǒng)中，多任務(wù)之間信息交換和同步主要通過消息郵箱、消息隊(duì)列以及信號量來完成，μC/OS-II分別提供了相關(guān)函數(shù)供用戶調(diào)用，如任務(wù)，消息，信號量的創(chuàng)建，消息和信號量的請求和發(fā)送等。

根據(jù)調(diào)度策略無線調(diào)度平臺主從設(shè)備信息交換設(shè)計(jì)圖如圖4所示：

任務(wù)間信息交換和同步設(shè)計(jì)是無線調(diào)度機(jī)制實(shí)現(xiàn)的重要環(huán)節(jié)，在具體實(shí)現(xiàn)過程中主要利用μC/OS-II的消息隊(duì)列函數(shù)，其中OSQPend（）為消息請求函數(shù)，OSQPost（）為消息發(fā)送函數(shù)。

串口中斷與信息接收任務(wù)間通過消息隊(duì)列進(jìn)行信息傳遞代碼實(shí)現(xiàn)如下，SERIAL2RecData作為是否接收信息標(biāo)志位，由中斷置位，有信息接收時(shí)，串口服務(wù)程序向信息接收任務(wù)發(fā)送消息。

void SERIAL2_ISR(void) interrupt 20 //串口接收中斷服務(wù)程序

{ SERIAL2RecBuffer[SERIAL2RecBufferTail] = SBUF1;

SERIAL2RecData = 1; //接收數(shù)據(jù)標(biāo)志位

}

void task_serial2(void) ADD_REENTRANT //串口服務(wù)程序

{ if(SERIAL2RecData == 1)

OSQPost(bt_msg_queue, (void *)pmsg);

}