[发明专利]一种嵌入式实时操作系统的混合调度方法

说明书

技术领域

本发明涉及嵌入式操作系统设计与实现技术领域，更具体地说，涉及一种 嵌入式实时操作系统的混合调度方法。

背景技术

随着计算机技术的迅猛发展和互联网技术的广泛应用，嵌入式系统 (Embedded System)发挥着越来越重要的作用，它被广泛应用于制造工业、 过程控制、通信、仪器、仪表、汽车、船舶、航空航天、军事装备、消费类产 品等方面。嵌入式系统被定义为，以应用为中心，以计算机技术为基础，软件 硬件可裁减，适应应用系统对功能，可靠性，成本，体积，功耗等严格要求的 专用计算机系统。

正因为嵌入式系统的应用领域日益扩大，功能需求也逐渐增长，促使人们 在嵌入式系统中引入嵌入式操作系统。具有实时性的嵌入式操作系统就是嵌入 式实时操作系统(Embedded Real Time Operating System，ERTOS)。其操作 的正确性不仅依赖于逻辑设计的正确程度，而且跟这些操作进行的时间有关。 也就是说，实时操作系统除了要满足应用的功能需求以外，更重要的是还要满 足应用提出的实时性要求。其首要任务是一定时间限制下，调动一切可利用的 资源在完成实时控制任务。嵌入式实时操作系统由于受到应用的需要和硬件条 件的限制，具有可固态化、体积小、高效、高可靠性、高实时性等特点。

嵌入式实时操作系统的实时性和多任务能力在很大程度上取决于它的任 务调度算法。从调度方式上来讲，可分为可抢占式调度和不可抢占式(即合作 式)调度。

在抢占式(Preemptive)调度中，目前正在运行的任务可以被别的更紧迫 和更重要的任务中断。同时，被抢占的任务在未来可以恢复运行，且不会影响 到任务的整体时限约束。抢占式调度的优点是比较灵活，其任务级的响应时间 得以最优化，资源的利用率比较高，但由于经常出现的上下文切换(CPntext Switch)使得其系统开销较大，可预测性比较低。

图1显示了两个不同优先级任务和一个中断服务程序(ISR，Interrupt Service Routine)的抢占式调度的执行情况。首先，当低优先级的任务正在运 行时，ISR抢占低优先级任务进入运行态，它使一个更高优先级的任务进入就 绪态，所以在ISR执行完成后，调度器选择该高优先级任务进入运行，这样就 推迟了恢复执行低优先级任务的操作。

MicroC/OS II以及大多数商业实时内核都采用抢占式调度，MicroC/OS II 是当前得到广泛应用免费且公开源码的嵌入式操作系统，它是基于优先级可抢 占式多进程系统，支持64个优先级，是一个非常典型的采用抢占式调度的嵌 入式实时操作系统。

而非抢占式调度，即合作式(Cooperative)调度，不允许正在运行的任务 被别的任务中断，任务一旦占有了处理器便会一直运行直至完成。比较适合于 任务运行时间都比较短的系统。其优点是省去了进行上下文切换的开销，在任 意时刻只有一个任务是活动的，而且该任务运行直到完成，具有更好的可预测 性，可靠性，更易于测试，但调度没有抢占式调度那样灵活，对资源的利用率 也相对较低。

图2显示了两个不同优先级任务和一个ISR的合作式调度的执行情况。首 先，当低优先级任务正在运行时，ISR抢占低优先级任务进入运行态，它使一 个更高优先级的任务进入就绪态，ISR执行完成后恢复被抢占的低优先级任 务，直到该任务执行完毕后，调度器才运行处于就绪态的高优先级任务。

Michael J.Pont提出一种时间触发的合作式(TTC，Time-Triggered Cooperative)调度器。该调度器中，一个时钟节拍的时间间隔的数量级一般为 毫秒(ms)，嵌入式操作系统的任务都可在一个时钟节拍的时间间隔内运行完 毕。它由CPU定时计数器产生，系统每经过一个时钟节拍的时间间隔，就产 生一次时间溢出中断，中断服务程序检测此时是否有任务处于就绪状态，若检 测到则调用该任务。该合作式调度器实现简单，更具可靠性和安全性。但是这 种调度方式对外部事件的实时响应能力比较弱，而且调度方式没有抢占式调度 那样灵活，对资源的利用率也相对较低。