手把手，嘴對嘴，講解UCOSII嵌入式操做系統的任務調度策略（三）

時間  2019-11-11
標籤 手把手 嘴對嘴 講解 ucosii 嵌入 系統 任務 調度 策略 简体版
原文   原文鏈接 
if (ticks > 0u) {                            /* 0 means no delay!                                  */
        OS_ENTER_CRITICAL();
        y            =  OSTCBCur->OSTCBY;        /* Delay current task                                 */
        OSRdyTbl[y] &= (OS_PRIO)~OSTCBCur->OSTCBBitX;
        if (OSRdyTbl[y] == 0u) {
            OSRdyGrp &= (OS_PRIO)~OSTCBCur->OSTCBBitY;
        }
        OSTCBCur->OSTCBDly = ticks;              /* Load ticks in TCB                                  */
        OS_EXIT_CRITICAL();
        OS_Sched();                              /* Find next task to run!                             */
    }

依然是這一部分，接下來的重點是這個函數：OS_Sched()算法

這個函數實在是過重要了，所以我不得不慎重。數組

首先看一下官方的註釋：函數

*********************************************************************************************************
* SCHEDULER
*
* Description: This function is called by other uC/OS-II services to determine whether a new, high
* priority task has been made ready to run. This function is invoked by TASK level code
* and is not used to reschedule tasks from ISRs (see OSIntExit() for ISR rescheduling).
*
*********************************************************************************************************this

從上面的說明能夠看出，這個函數的做用，主要是用來調度當前已經進入了就緒狀態的最高優先級任務，而後切換進去。spa

函數定義以下：code

 1 void  OS_Sched (void)
 2 {
 3 #if OS_CRITICAL_METHOD == 3u                           /* Allocate storage for CPU status register     */
 4     OS_CPU_SR  cpu_sr = 0u;
 5 #endif
 6 
 9     OS_ENTER_CRITICAL();
10     if (OSIntNesting == 0u) {                          /* Schedule only if all ISRs done and ...       */
11         if (OSLockNesting == 0u) {                     /* ... scheduler is not locked                  */
12             OS_SchedNew();
13             OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];
14             if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) {          /* No Ctx Sw if current task is highest rdy     */
15 #if OS_TASK_PROFILE_EN > 0u
16                 OSTCBHighRdy->OSTCBCtxSwCtr++;         /* Inc. # of context switches to this task      */
17 #endif
18                 OSCtxSwCtr++;                          /* Increment context switch counter             */
19                 OS_TASK_SW();                          /* Perform a context switch                     */
20             }
21         }
22     }
23     OS_EXIT_CRITICAL();
24 }

　　 關於任務調度的部分確定是原子操做，不容許任何中斷存在，所以必需要關閉中斷。orm

 　　其次，任務調度不能發生在中斷中以及任務調度器上鎖的狀況，所以必須加以斷定。blog

　　上面的內容比較簡單，去掉那些判斷和宏開關，咱們須要關注的重點主要在如下的部分：ip

1             OS_SchedNew();
2             OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];
3             if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) {          /* No Ctx Sw if current task is highest rdy     */
5                 OS_TASK_SW();                          /* Perform a context switch                     */
6             }

　　首先看這個函數：OS_SchedNew()rem

　　函數定義以下：

 1 static  void  OS_SchedNew (void)
 2 {
 3 #if OS_LOWEST_PRIO <= 63u                        /* See if we support up to 64 tasks                   */
 4     INT8U   y;
 5 
 6 
 7     y             = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
 8     OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3u) + OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]);
 9 #else                                            /* We support up to 256 tasks                         */
10     INT8U     y;
11     OS_PRIO  *ptbl;
12 
13 
14     if ((OSRdyGrp & 0xFFu) != 0u) {
15         y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp & 0xFFu];
16     } else {
17         y = OSUnMapTbl[(OS_PRIO)(OSRdyGrp >> 8u) & 0xFFu] + 8u;
18     }
19     ptbl = &OSRdyTbl[y];
20     if ((*ptbl & 0xFFu) != 0u) {
21         OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 4u) + OSUnMapTbl[(*ptbl & 0xFFu)]);
22     } else {
23         OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 4u) + OSUnMapTbl[(OS_PRIO)(*ptbl >> 8u) & 0xFFu] + 8u);
24     }
25 #endif
26 }

由於咱們的系統最高支持64個任務，因此去掉那些咱們不須要關注的地方，函數定義簡化以下：

static  void  OS_SchedNew (void)
{
    INT8U   y;

    y  = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
    OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3u) + OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]);
}

看着好像很簡單，整個函數就兩句話，可是，只要能把這兩句話給弄明白了，關於調度的東西基本上就都沒問題了。

關於變量OSRdyGrp與數組OSRdyTbl[]的意義，相信各位都已經十分理解，分別表明組就緒狀態和任務就緒狀態，那麼新出來的這個數組OSUnMapTbl[]又表明什麼呢？它和任務就緒表有什麼關係？

跟蹤OSUnMapTbl數組的定義能夠發現，這是一個常數數組，它裏面的內容是隻讀的，定義以下：

INT8U  const  OSUnMapTbl[256] = {
    0u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, /* 0x00 to 0x0F                   */
    4u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, /* 0x10 to 0x1F                   */
    5u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, /* 0x20 to 0x2F                   */
    4u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, /* 0x30 to 0x3F                   */
    6u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, /* 0x40 to 0x4F                   */
    4u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, /* 0x50 to 0x5F                   */
    5u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, /* 0x60 to 0x6F                   */
    4u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, /* 0x70 to 0x7F                   */
    7u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, /* 0x80 to 0x8F                   */
    4u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, /* 0x90 to 0x9F                   */
    5u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, /* 0xA0 to 0xAF                   */
    4u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, /* 0xB0 to 0xBF                   */
    6u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, /* 0xC0 to 0xCF                   */
    4u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, /* 0xD0 to 0xDF                   */
    5u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, /* 0xE0 to 0xEF                   */
    4u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u, 3u, 0u, 1u, 0u, 2u, 0u, 1u, 0u  /* 0xF0 to 0xFF                   */
};

這個表還不小，一眼看去腦殼都大了，它究竟是個什麼玩意兒？別慌，聽我慢慢講解……

依然舉個例子，如今咱們的系統只有兩個任務（0和12），當前的任務優先級是0，而後這個任務進入了延時，這個時候根據前面瞭解的東西：

        y            =  OSTCBCur->OSTCBY;        /* Delay current task                                 */
        OSRdyTbl[y] &= (OS_PRIO)~OSTCBCur->OSTCBBitX;

這個優先級爲0的任務已經被設置爲了未就緒狀態，也就是把它的就緒表清空了，對應的OSRdyTbl[0]確定是0，因爲只有兩個任務，所以對應的OSRdyGrp的最後一個bit位，也確定是0，。

而後咱們還有一個優先級爲12的任務已經準備就緒， 那麼代碼執行到了這裏，任務的OSRdyTbl[1]必然等於0x10，組號OSRdyGrp必然等於0x02，把2帶進這個常數表，獲得的結果是：1

這個「1」有什麼意義？

    y             = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
    OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3u) + OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]);

結論：這兩句代碼真正的功能，就是從系統中，把當前已經就緒了的任務裏，優先級最高的那個任務給找出來，而這個任務也就是我接下來要切換進去的那一個。

假設如今咱們系統中只有兩個任務，一個優先級爲0（未就緒），一個優先級爲12（就緒），如今咱們就來看看，他究竟是怎麼把12這個數據給找出來的。

上面說了，當一個任務的優先級是肯定數的時候，他的組號、組內坐席號，偏移量等都是肯定的。

當只有任務12就緒時，這個時候組號OSRdyGrp必然等於0x02，那麼把它帶入那個常數表中，獲得結果y爲1。

在把1帶入數組OSRdyTbl[1]中，等到結果的結果是0x10（參考上一節），把0x10帶入常數表，獲得的結果OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]] == 4

這個y等於1，把它向左移動3個bit，獲得的結果是8（二進制00001000）……最後的結果8 + 4 = 12。

沒想到它真的把我須要的優先級給算出來了，究竟是怎麼作到的？

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

其實，UCOSII使用的這種方法被叫查表法，根據必定的規律，直接計算出當前優先級最高的那個任務號。

那個看似莫名其妙的常數表OSUnMapTbl，其實它所表明的意思，是0~255個數字中，1所在的最低位：

　　好比1，二進制00000001，在它的最低位出現了1，那麼帶入常數表一查，發現OSUnMapTbl[1] = 0，也就是第0位出現了1。

　　好比2，二進制00000010，在它的次低位出現了1，那麼帶入常數表一查，發現OSUnMapTbl[2] = 1，也就是第1位出現了1。

　　好比3，二進制00000011，在它的最低位出現了1，那麼帶入常數表一查，發現OSUnMapTbl[3] = 0，也就是第0位出現了1。

　　……

　　好比12，二進制00001100，在它的第2位出現了1，那麼帶入常數表一查，發現OSUnMapTbl[12] = 2，也就是第2位出現了1。

　　好比63，二進制011111111，在它的最低位出現了1，那麼帶入常數表一查，發現OSUnMapTbl[3] = 0，也就是第0位出現了1。

由於有了這個表，算法上纔可能作到不管有多少個任務進入了就緒的狀態，我都能輕輕鬆鬆地取出優先級最高的那一個，根據變量OSRdyGrp的狀態，我能夠找到那些組有就緒的任務，

若是第0組和第3組內都有就緒的任務，那麼OSRdyGrp確定等於0x05，可是我根本不用關心第3組的狀態，忽略便可，由於第0組明顯優先程度更大，我只須要繼續前往第0組內尋找即可。

進入第0組內部後，假如優先級爲1和優先級爲5的任務都就緒了，變量OSRdyTbl[0] == 0x22（二進制00100010），我確定要執行優先級爲1的任務，那麼我就直接把這個數據帶進那個常數表中去查尋，看看最低位出現1的位置，也就是就緒的任務究竟是哪個，

只要找到了它，別的任務就算是就緒狀態，我也不用管了……查表法即是基於這個原理。

    y             = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
    OSPrioHighRdy = (INT8U)((y << 3u) + OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]);

再看一下這兩句代碼，第一句代碼的意思是：找到就緒任務中優先級最高的組號，好比1組和3組都就緒了，我須要的結果是：1。

第二句代碼中的這句話OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]的意思是：找到在這個組中，優先級最高的任務的坐席號，也就是偏移量，好比任務12和任務13都就緒了，我須要的結果是：4（表明任務12的偏移）。

整個第二個代碼的意思是：把組號和組內坐席號組合起來，造成最後的任務優先級。

 

若是想不明白的話，能夠參考上一章：

       ptcb->OSTCBY             = (INT8U)(prio >> 3u);
       ptcb->OSTCBX             = (INT8U)(prio & 0x07u);

這兩句話的意思，在創建任務的時候，把一個好好的優先級給拆開，如今終因而把它們給從新合上了。

 

如今回過頭看，OS_SchedNew這個函數的做用是什麼？

很明顯，它的做用就是尋找到，在當前已經就緒的任務中，優先級最高的那一個任務。

 

題外話，思考一個問題，爲何要用查表法呢？

若是是本身來作這個策略，有沒有其餘的方法？

固然有，若是是我來作，或許能夠創建一個大表，裏面裝有全部任務的就緒狀態，而後寫一個for循環，每次進行任務切換的時候，從低到高依次判斷，若是任務狀態位bit是1，那麼就證實這個任務是就緒了的，當即跳出去進行任務切換，若是任務狀態bit是0，那就證實這個任務沒有就緒，繼續進行下一個判斷，我想這樣確定更容易理解一些。

不過這樣作有一個問題，若是當前我就緒的任務優先級是0，那麼在第一個循環就能找到任務，而後任務切換，時間比查表法塊不少，若是我就緒的任務是255呢？那麼我可能就須要循環255次才能找到就緒的任務，那麼時間確定會很長。

用這種方法會致使尋找就緒任務須要的時間徹底不能肯定，有時候短，有時候長，然而這對於一個系統而言，最怕的就是這種不肯定因素。

查表法和循環法就徹底不一樣了，它雖然死板一些，但無論當前系統有多少任務，無論當前有多少任務是處於就緒狀態，它每次計算出最高優先級的任務的時間是必定的，這種肯定性對於系統很重要。

 

待續……

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