使用過ucosii的朋友應(yīng)該都會(huì)知道，單片機(jī)+嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能夠做到盡可能最大化的利用cpu資源，通過加入實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能夠做出更加強(qiáng)大的產(chǎn)品和應(yīng)用。

不知道使用過ucosii的朋友有沒有去了解過它進(jìn)行任務(wù)調(diào)度的原理和實(shí)現(xiàn)方式呢？

我個(gè)人結(jié)合ucosii的源碼和自己的理解，分享一些有關(guān)ucosii的任務(wù)管理和調(diào)度的實(shí)現(xiàn)。

1、ucos-ii 任務(wù)創(chuàng)建與任務(wù)調(diào)度

1.1、任務(wù)的創(chuàng)建

當(dāng)你調(diào)用 OSTaskCreate( ) 進(jìn)行任務(wù)的創(chuàng)建的時(shí)候，會(huì)初始化任務(wù)的堆棧、保存cpu的寄存器、創(chuàng)建任務(wù)的控制塊（OS_TCB）等的操作；

if (OSTCBPrioTbl[prio] == (OS_TCB *)0) { /* Make sure task doesn't already exist at this priority  */        OSTCBPrioTbl[prio] = OS_TCB_RESERVED;/* Reserve the priority to prevent others from doing ...  */                                             /* ... the same thing until task is created.              */        OS_EXIT_CRITICAL();        psp = OSTaskStkInit(task, p_arg, ptos, 0u);             /* Initialize the task's stack         */        err = OS_TCBInit(prio, psp, (OS_STK *)0, 0u, 0u, (void *)0, 0u);        if (err == OS_ERR_NONE) {            if (OSRunning == OS_TRUE) {      /* Find highest priority task if multitasking has started */                OS_Sched();            }        } else {            OS_ENTER_CRITICAL();            OSTCBPrioTbl[prio] = (OS_TCB *)0;/* Make this priority available to others                 */            OS_EXIT_CRITICAL();        }        return (err);    }

** 注意：ucosii不支持兩個(gè)及以上相同的任務(wù)優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，ucosiii支持時(shí)間片輪轉(zhuǎn)。**

ucosii 的任務(wù)控制塊是任務(wù)中很重要，它記錄了任務(wù)的信息，包括優(yōu)先級(jí)、延時(shí)時(shí)間、狀態(tài)等信息。控制塊定義如下：

typedef structos_tcb {    OS_STK          *OSTCBStkPtr;           /* Pointer to current top of stack                         */
#if OS_TASK_CREATE_EXT_EN > 0u    void            *OSTCBExtPtr;           /* Pointer to user definable data for TCB extension        */    OS_STK          *OSTCBStkBottom;        /* Pointer to bottom of stack                              */    INT32U           OSTCBStkSize;          /* Size of task stack (in number of stack elements)        */    INT16U           OSTCBOpt;              /* Task options as passed by OSTaskCreateExt()             */    INT16U           OSTCBId;               /* Task ID (0..65535)                                      */#endif
    struct os_tcb   *OSTCBNext;             /* Pointer to next     TCB in the TCB list                 */    struct os_tcb   *OSTCBPrev;             /* Pointer to previous TCB in the TCB list                 */
#if (OS_EVENT_EN)    OS_EVENT        *OSTCBEventPtr;         /* Pointer to          event control block                 */#endif
#if (OS_EVENT_EN) && (OS_EVENT_MULTI_EN > 0u)    OS_EVENT       **OSTCBEventMultiPtr;    /* Pointer to multiple event control blocks                */#endif
#if ((OS_Q_EN > 0u) && (OS_MAX_QS > 0u)) || (OS_MBOX_EN > 0u)    void            *OSTCBMsg;              /* Message received from OSMboxPost() or OSQPost()         */#endif
#if (OS_FLAG_EN > 0u) && (OS_MAX_FLAGS > 0u)#if OS_TASK_DEL_EN > 0u    OS_FLAG_NODE    *OSTCBFlagNode;         /* Pointer to event flag node                              */#endif    OS_FLAGS         OSTCBFlagsRdy;         /* Event flags that made task ready to run                 */#endif
    INT32U           OSTCBDly;              /* Nbr ticks to delay task or, timeout waiting for event   */    INT8U            OSTCBStat;             /* Task      status                                        */    INT8U            OSTCBStatPend;         /* Task PEND status                                        */    INT8U            OSTCBPrio;             /* Task priority (0 == highest)                            */
    INT8U            OSTCBX;                /* Bit position in group  corresponding to task priority   */    INT8U            OSTCBY;                /* Index into ready table corresponding to task priority   */    OS_PRIO          OSTCBBitX;             /* Bit mask to access bit position in ready table          */    OS_PRIO          OSTCBBitY;             /* Bit mask to access bit position in ready group          */
#if OS_TASK_DEL_EN > 0u    INT8U            OSTCBDelReq;           /* Indicates whether a task needs to delete itself         */#endif
#if OS_TASK_PROFILE_EN > 0u    INT32U           OSTCBCtxSwCtr;         /* Number of time the task was switched in                 */    INT32U           OSTCBCyclesTot;        /* Total number of clock cycles the task has been running  */    INT32U           OSTCBCyclesStart;      /* Snapshot of cycle counter at start of task resumption   */    OS_STK          *OSTCBStkBase;          /* Pointer to the beginning of the task stack              */    INT32U           OSTCBStkUsed;          /* Number of bytes used from the stack                     */#endif
#if OS_TASK_NAME_EN > 0u    INT8U           *OSTCBTaskName;#endif
#if OS_TASK_REG_TBL_SIZE > 0u    INT32U           OSTCBRegTbl[OS_TASK_REG_TBL_SIZE];#endif} OS_TCB;

2、任務(wù)調(diào)度實(shí)現(xiàn)

2.1、將任務(wù)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行分組

因?yàn)閡cosii最大優(yōu)先級(jí)數(shù)量為64個(gè)，所以可以分成8組，每組8個(gè)優(yōu)先級(jí)。

當(dāng)一個(gè)任務(wù)被創(chuàng)建成功之后，它的組號(hào)由優(yōu)先級(jí)的高三位決定(bit5 bit4 bit3)，它在組內(nèi)的編號(hào)由優(yōu)先級(jí)的低三位決定(bit2 bit1 bit0)，如下：

#if OS_LOWEST_PRIO <= 63u                                         /* Pre-compute X, Y                  */        ptcb->OSTCBY             = (INT8U)(prio >> 3u);    // 組        ptcb->OSTCBX             = (INT8U)(prio & 0x07u);  // 組內(nèi)編號(hào)#else

2.2、任務(wù)就緒表

ucosii對(duì)任務(wù)優(yōu)先級(jí)的調(diào)度管理是通過查詢?nèi)蝿?wù)就緒表進(jìn)行的。任務(wù)就緒表里面保存著當(dāng)前所有任務(wù)的就緒狀態(tài)，如下：

OSRdyTbl[8]
說明：1）它是uint8的數(shù)據(jù)類型。它的長度是8，每一個(gè)元素代表一個(gè)組，比如 OSRdyTbl[0]代表第0組， OSRdyTbl[1]代表第1組，OSRdyTbl[2]代表第2組……以此類推。
2）每一個(gè)元素中的每一個(gè)位（bit）代表組內(nèi)的任務(wù)的就緒狀態(tài)（1為就緒，0為未就緒）。

1）當(dāng)優(yōu)先級(jí)為12 的任務(wù)就緒時(shí)，那么對(duì)應(yīng)的OSRdyTbl[1]的第4位bit，絕對(duì)等于1；
當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)中，當(dāng)只有優(yōu)先級(jí)為12的任務(wù)就緒，其他所有任務(wù)都沒有就緒時(shí)，那么OSRdyTbl[1] 絕對(duì)等于0x10。


2）當(dāng)優(yōu)先級(jí)為0和1的任務(wù)就緒時(shí)，那么對(duì)應(yīng)的OSRdyTbl[0]的第0位bit以及第1位bit，都絕對(duì)等于1；
當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)中，當(dāng)只有優(yōu)先級(jí)為0和1的任務(wù)就緒，其他所有任務(wù)都沒有就緒時(shí)，那么OSRdyTbl[0] 絕對(duì)等于0x03。

2.3、任務(wù)釋放CPU使用權(quán)

當(dāng)任務(wù)中調(diào)用 OSTimeDly( ) 時(shí)，會(huì)讓任務(wù)進(jìn)入休眠的狀態(tài)，交出CPU的執(zhí)行權(quán)給到其他就緒任務(wù)去執(zhí)行，這個(gè)過程就發(fā)生了任務(wù)的切換。

簡單而言就是會(huì)把任務(wù)就緒表 OSRdyTbl 中對(duì)應(yīng)的任務(wù)優(yōu)先級(jí)在組內(nèi)的編號(hào)狀態(tài)改變，從而使任務(wù)自身進(jìn)入休眠狀態(tài)。代碼如下：

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!                             */    }

在上面的代碼中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)東西：OSRdyGrp。這個(gè)有什么用呢？

OSRdyGrp：管理任務(wù)就緒組的

OSRdyGrp是INT8U類型的，它每一個(gè)bit代表一個(gè)組，只要這個(gè)組內(nèi)有任何一個(gè)任務(wù)就緒了，那對(duì)應(yīng)的這個(gè)bit就會(huì)被設(shè)置為1，表示這個(gè)組內(nèi)目前有就緒的任務(wù)。否者對(duì)應(yīng)的位為0。

舉個(gè)例子，如下：

1）系統(tǒng)中只有任務(wù)0就緒了，那么OSRdyGrp 便等于 0x01（二進(jìn)制00000001）。2）系統(tǒng)中有任務(wù)0和任務(wù)63都就緒了，那么OSRdyGrp 便等于 0x81(二進(jìn)制10000001)。

2.4、任務(wù)實(shí)現(xiàn)調(diào)度切換操作

發(fā)生一次任務(wù)調(diào)度是通過 OS_Sched() 進(jìn)行的。源碼如下：

void  OS_Sched (void){#if OS_CRITICAL_METHOD == 3u                           /* Allocate storage for CPU status register     */    OS_CPU_SR  cpu_sr = 0u;#endif
    OS_ENTER_CRITICAL();    if (OSIntNesting == 0u) {                          /* Schedule only if all ISRs done and ...       */        if (OSLockNesting == 0u) {                     /* ... scheduler is not locked                  */            OS_SchedNew();            OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];            if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) {          /* No Ctx Sw if current task is highest rdy     */#if OS_TASK_PROFILE_EN > 0u                OSTCBHighRdy->OSTCBCtxSwCtr++;         /* Inc. # of context switches to this task      */#endif                OSCtxSwCtr++;                          /* Increment context switch counter             */                OS_TASK_SW();                          /* Perform a context switch                     */            }        }    }    OS_EXIT_CRITICAL();}

這里的過程如下：

（1）先通過 OS_SchedNew() 找到當(dāng)前處于就緒狀態(tài)的最高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，如下：

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

（2）然后通過 OS_TASK_SW() 進(jìn)行任務(wù)切換，它的過程如下：

1）OS_TASK_SW 只是一個(gè)宏，它實(shí)際替換的是 OSCtxSw()#define  OS_TASK_SW()         OSCtxSw()
2）OSCtxSw()是由匯編實(shí)現(xiàn)的OSCtxSw    PUSH    {R4, R5}        LDR     R4, =NVIC_INT_CTRL    ;觸發(fā)PendSV異常 (causes context switch)        LDR     R5, =NVIC_PENDSVSET        STR     R5, [R4]    POP     {R4, R5}        BX      LR

就這樣，上下文就完成了一次切換。