來源：單片機及嵌入式系統(tǒng)應用  作者：英特爾中國軟件中心 吳平
　
摘 要：介紹μC／OS—II嵌入式實時操作系統(tǒng)的特點，分析單一的基于優(yōu)先級調(diào)度算法存在的不足。根據(jù)嵌入式應用不同的實時性要求，將應用劃分為實時任務、分時任務和后臺任務三種類型。針對分時任務，新增加時間片調(diào)度算法，給出調(diào)度算法的實現(xiàn)方法，同時增加任務創(chuàng)建和銷毀的接口；降低基于μC／OS—1I操作系統(tǒng)的嵌入式產(chǎn)品開發(fā)難度和設計成本，有利于該操作系統(tǒng)的應用推廣。
關鍵詞：μC／OS—II 嵌入式系統(tǒng) 任務調(diào)度算法 時間片調(diào)度
　
引 言
目前，操作系統(tǒng)內(nèi)核的軟件中，μC，0S-II稱得上是小型實時操作系統(tǒng)。它由Jean J．Labrosse于1992年推出第l版，立刻在嵌入式系統(tǒng)領域引起強烈反響。μC／OS II是一個基于搶占式的實時多任務內(nèi)核，可固化、可剪裁、具有高穩(wěn)定性和可靠性。它最鮮明特點就是源碼公開，便于移植和維護，而且對于學校研究完全免費，只有在應用于盈利項目時才需要支付少量的版權費，特別適合一般使用者的學習、研究和開發(fā)。自問世以來，其穩(wěn)定性和可靠性得到了廣泛的認可，現(xiàn)已經(jīng)通過美國FAA認證。在嵌入式領域，μc／OS憑借優(yōu)越特性得到了越來越廣泛的應用，眾多的研究開發(fā)者將其作為操作系統(tǒng)的樣板，移植到各種硬件平臺，其外圍的應用也越來越多。
　
1 μC／0S在嵌入式產(chǎn)品應用中存在的問題
隨著移動通信、信息家電以及工業(yè)控制等領域的快速發(fā)展，嵌入式軟件產(chǎn)業(yè)迎來了極佳的發(fā)展時機。強勁的市場需求帶來了研發(fā)的快速增長，越來越多的軟件公司投入到嵌入式產(chǎn)品的研發(fā)中。但另一方面，大部分軟件公司卻缺乏嵌入式操作系統(tǒng)這個嵌入式產(chǎn)品的核心技術，無法提供給各種應用多任務等現(xiàn)代操作系統(tǒng)所必備的功能，極大地限制了產(chǎn)品的性能和發(fā)展。μC／OS具有源碼公開，商業(yè)授權費極低等特點，成為嵌入式產(chǎn)品開發(fā)的一種選擇。

μC／OS—II在設計時強調(diào)實時性。它采用單一的基于優(yōu)先級的搶先式調(diào)度算法，有效地保證了實時性的要求。在各種嵌入式操作系統(tǒng)中，其任務切換帶來的時延窗口很小。非常適合強實時性的任務要求，但是對于大部分周期性和實時性要求不高的任務來說，μC／O一II還存在一些不足：

①缺乏時間片調(diào)度，低優(yōu)先級的任務很難得到執(zhí)行。μC／OS—II不支持時間片調(diào)度，優(yōu)先級高的任務如果不主動放棄CPU，低優(yōu)先級任務永遠都不可能運行。這對于那些分別編寫，但叉可能同時運行的任務來說，只能通過任務之間的同步等動作來完成交替運行。這不但增加了編程難度，而且破壞了模塊的獨立性。

②任務創(chuàng)建和銷毀的接口復雜。μC／OS—ll的上層軟件開發(fā)需要關心底層具體實現(xiàn)，接口比較復雜。對于經(jīng)驗不多的程序員來說，第一，創(chuàng)建任務時需要用戶自行指定優(yōu)先級。這必然牽涉到如何管理分配優(yōu)先級的問題。第二，μC／OS—II中任務的棧空間完全由用戶管理，系統(tǒng)只是簡單地要求用戶創(chuàng)建任務時傳人棧地址，而不參與�？臻g的申請和釋放。為了簡化μC／OS的示例程序，更是簡單地以靜態(tài)數(shù)組作為任務棧。棧空間的放任自流在帶來一定靈活性的同時也會帶來問題的隱患。第三，因為μC／OS—II規(guī)定任務必須為無限循環(huán)或自銷毀形式，所以其任務在結(jié)束時，需要手工調(diào)用OSTaskDel，使該任務進入睡眠態(tài)，不能簡單地返回。與現(xiàn)在流行的大多數(shù)操作系統(tǒng)用法差異較大。

結(jié)合國內(nèi)的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，從程序員素質(zhì)和應用程序的實時性分類，在數(shù)量上都呈現(xiàn)金字塔狀；而且往往是高級程序員負責開發(fā)實時應用，普通程序員開發(fā)非實時應用。如果希望能在包括數(shù)目龐大的非實時應用的產(chǎn)品中利用μC／OS—II，則必須對它作出擴充，在保留實時任務支持的前提下，增添時間片調(diào)度，并對任務的接口作出簡化處理。
　
2 μC／OS調(diào)度算法的改進
μC／OS中的每個任務具有一個任務控制塊0S_TCB，任務控制塊記錄任務執(zhí)行的環(huán)境，包括任務的優(yōu)先級、任務的堆棧指針、任務的相關事件控制塊指針等。內(nèi)核將系統(tǒng)中處于就緒態(tài)的任務在就緒表中進行標注，通過就緒表中的兩個變量OSRdyGrp和OSRdyTbl[]可快速查找系統(tǒng)中就緒的任務。在μC／OS—II中每個任務有唯一的優(yōu)先級，因此任務的優(yōu)先級也是任務的唯一標識。內(nèi)核可用控制塊優(yōu)先級表OSTCBPrioTbl[]通過任務的優(yōu)先級查到任務控制塊的地址。μC／OS—II主要就是利用任務控制快OS_TCB、就緒表和控制塊優(yōu)先級表0STCBPrioTbl[]來進行任務調(diào)度。任務調(diào)度程序OSSched()首先由就緒表中找到當前系統(tǒng)中處于就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務，然后根據(jù)其優(yōu)先級由控制塊優(yōu)先級表0STCBPrioTbl[]取得相應任務控制塊的地址，由OS_TASK—SW()程序進行運行環(huán)境的切換。若在任務運行時發(fā)生中斷，則轉(zhuǎn)向執(zhí)行中斷程序，執(zhí)行完畢后不是簡單地返回中斷調(diào)用處，而是由OSIntExit()程序進行任務調(diào)度，執(zhí)行當前系統(tǒng)中優(yōu)先級最高的就緒態(tài)任務。

本文擬在不破壞μC／OS實時性的前提下，增加時間片調(diào)度，以適于非實時性