实时内核中任务调度器的原理是什么?

2021-11-04 科技 291阅读
uc/os和uclinux操作系统,是当前得到广泛应用的两种免费且公开源码的嵌入式操作系统。uc/os适合小型控制系统,具有执行效率高、占用空间小、实时性能优良和可扩展性强等特点,最小内核可编译至2k。uclinux则是继承标准linux的优良特性,针对嵌入式处理器的特点设计的一种操作系统,具有内嵌网络协议、支持多种文件系统,开发者可利用标准linux先验知识等优势。其编译后目标文件可控制在几百k量级。

uc/os是一种免费公开源代码、结构小巧、具有可剥夺实时内核的实时操作系统。其内核提供任务调度与管理、时间管理、任务间同步与通信、内存管理和中断服务等功能。

作为实时操作系统,uc/os是采用的可剥夺型实时多任务内核。可剥夺型的实时内核在任何时候都运行就绪了的最高优先级的任务。uc/os中最多可以支持64个任务,分别对应优先级0~63,其中0为最高优先级。调度工作的内容可以分为两部分:最高优先级任务的寻找和任务切换。

其最高优先级任务的寻找是通过建立就绪任务表来实现的。uc/os中的每一个任务都有独立的堆栈空间,并有一个称为任务控制块tcb(taskcontrolblock)数据结构,其中第一个成员变量就是保存的任务堆栈指针。任务调度模块首先用变量ostcbhighrdy记录当前最高级就绪任务的tcb地址,然后调用os_task_sw()函数来进行任务切换。

由上述分析可以得知,uc/os内核是针对实时系统的要求设计实现的,相对简单,可以满足较高的实时性要求。

uc/os是面向中小型嵌入式系统的,如果包含全部功能(信号量、消息邮箱、消息队列及相关函数),编译后的uc/os内核仅有6~10kb,所以系统本身并没有对文件系统的支持。但是uc/os具有良好的扩展性能,如果需要的话也可自行加入文件系统的内容。

uc/os的移植

要移植uc/os,目标处理器必须满足以下要求;

·处理器的c编译器能产生可重入代码,且用c语言就可以打开和关闭中断;

·处理器支持中断,并能产生定时中断;

·处理器支持足够的ram(几k字节),作为多任务环境下的任务堆栈;

·处理器有将堆栈指针和其他cpu寄存器读出和存储到堆栈或内存中的指令。

在理解了处理器和c编译器的技术细节后,uc/os的移植只需要修改与处理器相关的代码就可以了。具体有如下内容:

·os_cpu.h中需要设置一个常量来标识堆栈增长方向;

·os_cpu.h中需要声明几个用于开关中断和任务切换的宏;

·os_cpu.h中需要针对具体处理器的字长重新定义一系列数据类型;

·os_cpu_a.asm需要改写4个汇编语言的函数;

·os_cpu_c.c需要用c语言编写6个简单函数;

·修改主头文件include.h,将上面的三个文件和其他自己的头文件加入。
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