uC/OS-III 时钟节拍，时间管理，时间片调度

uC/OS-III 时钟节拍，时间管理，时间片调度

 

时钟节拍

时钟节拍可谓是 uC/OS 操作系统的心脏，它若不跳动，整个系统都将会瘫痪。 时钟节拍就是操作系统的时基，操作系统要实现时间上的管理，必须依赖于时基。 
时钟节拍就是系统以固定的频率产生中断（时基中断），并在中断中处理与时间相关的
事件，推动所有任务向前运行。 时钟节拍需要依赖于硬件定时器， 在 STM32 裸机程序中经
常使用的 SysTick时钟是 MCU的内核定时器，通常都使用该定时器产生操作系统的时钟节拍。
用户需要先在“os_cfg_app.h”中设定时钟节拍的频率，该频率越高，操作系统检测事
件就越频繁，可以增强任务的实时性，但太频繁也会增加操作系统内核的负担加重，所以用
户需要权衡该频率的设置。在这里采用默认的 1000 Hz（之后若无特别声明，均采
用 1000 Hz），也就是时钟节拍的周期为 1 ms。 

时间管理

OSTimeDly()

任务调用这个函数后就会被挂起直到期满。这个函数可以有三种模式：相对延时模式，周期性延时模式，绝对定时模式 

（ 1） 第一个参数是任务的延时时基数。 如果时基速率被设置为
1000Hz， 任务会每次执行都会被延时大约2毫秒。 然而， 并不是精确
地延时2个时基，因为任务被挂起后是检测时基中断发生的次数与任
务的延时值是否相同来判断是否超时的。 也就是说， 当任务在时基中
断将要到来时被挂起，那么实际的延时时基会少1个时基 
（ 2）参数为OS_OPT_TIME_DLY表明用户选择的相对延时模式

OS_OPT_TIME_DLY

指定相对延迟。

OS_OPT_TIME_TIMEOUT

等同OS_OPT_TIME_DLY。

OS_OPT_TIME_PERIODIC

指定周期模式。

OS_OPT_TIME_MATCH

指定任务在OSTickCtr达到指定的值时将被唤醒dly（绝对延时）

（ 3）如大多数 uC/OS-III函数一样，错误代号会被返回。当所有的参数都是有效时会返回OS_ERR_NONE。
（ 4） 当返回不为OS_ERR_NONE时， OSTimeDly()将不会执行延时操作

OSTimeDlyHMSM()

任务可以调用这个函数为任务设置延时，这个函数更“ 友好” 于
用户。特别的，可以设置为小时，分钟，秒，毫秒（ HMSM由此四
个英文首字母得来）。这个函数只在相对延时模式下运行 。

（ 1）这四个参数设置了延时的时间(分别对应为时、分、秒、
毫秒)。在这个例子中，设置了延时 1秒。延时的分辨率决定于时基
频率。例如，如果时基频率为1000Hz那么延时的分辨率为1毫秒。
如果时基的频率为100Hz那么延时的分辨率为10毫秒。同样的，延时时间不会很精确 。
（ 2）设置 OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT后会检测函数的参
数是否合理。小时的范围是 0到 99，分的范围是 0到59，秒的范围
是0到59，毫秒的范围是0到999。
如果设置为 OS_OPT_TIME_HMSM_NON_STRICT，函数会接受
参数的范围变大。小时的范围是0到999，分的范围是0到9999，秒
的范围是0到65535，毫秒的范围是0到4294967295。
限制小时范围为0到999的原因是：一般是用32位的数记录时基
值的。如果时基的频率为1000Hz，那么最多能计数 4294967秒，大
约1193小时。因此设置999小时为上限 
（ 3）如大多数uC/OS-III函数一样返回一个错误代号 
OSTimeDly()和 OSTimeDlyHMSM()经常被用于创建周期性的任
务。 例如， 设置任务每50毫秒扫描一次键盘、 每10毫秒读取AD输入等 。

OSTimeDlyResume()
OSTimeDlyResume () 函数用于直接结束其他任务（非当前任务）的延时。 用户若要使用
OSTimeDlyResume () 函数，得事先将宏 OS_CFG_TIME_DLY_RESUME_EN（位于“os_cfg.h”）设为 1。 

OSTimeGet ()
OSTimeGet () 函数用于获取当前的时钟节拍计数值。 OSTimeGet () 函数的信息如下表所示。 

OSTimeSet ()
OSTimeSet () 函数用于设置当前的时钟节拍计数值。 OSTimeSet () 函数的信息如下表所示。 

代码练兵场（时间轮转片调度方式）：

在任务中一定要增加条件编译，如下图方框处：

并且在下图所示文件中，使能时间片的宏：

这样，创建相同优先级的任务，采用时间轮转片的方式进行调度。

OSSchedRoundRobinCfg(DEF_ENABLED,1,&err);  

         其中OSSchedRoundRobinCfg(DEF_ENABLED,1,&err); 

 函数参数一：DEF_ENABLED使能调度轮转法，DEF_DISBLED失能调轮转法。

        参数二：用来设置时间片长度。时间长度 = 参数值*时间节拍。其中时间节拍与系统时间频率OS_CFG_TICK_RATE_HZ，互为倒数。

第二步：创建任务时，通过设置(OS_TICK  )参数，来设置任务拥有几个时间片。

红色方框处：任务的时间片节拍数（0表默认值OSCfg_TickRate_Hz/10）

我们可以查看源码如下：

1. 由于这几个参数是全局变量，所以必须关闭中断。
2. 根据形参设置是否使能时间片调度。
3. 变量 OSSchedRoundRobinDfltTimeQuanta 是用来设置默认的时间片个数，也就是说，如果程序中
没有单独配置任务的时间片个数，就会使用这个默认时间片个数。

放弃剩余时间片OSSchedRoundRobinYield () 
这个函数的主要功能就是任务在完成工作的情况下，如果还有剩余的时间片，可以放弃这些时间去执行另外的同优先级任务（切记，是另外的同优先级任务） 。

1. 获取此优先级的就绪链表。从而得到此优先级下任务的个数，如果同优先级下只有一个任务，将退出
这个函数。
2. 移动同优先级就绪链表中任务的位置，从实现同优先级下任务的切换。
3. 参数 p_tcb->TimeQuanta = 0 的时候就会使用默认的时间片个数，如果非 0，就会给这个任务的时
间片计数器赋予相应的时间片个数。

4. 执行任务调度。

当多个任务有相同的优先级时，μCOS-III 允许任务在切换到另一个任务前运行特定的时间，也就是大
家常说的时间片。这个过程就是 Round-Robin 调度或者时间片调度。如果任务不需要将所有的时间片用
完，可以调用上面讲的函数 OSSchedRoundRobinYield ()，放弃剩余时间片从而切换到同优先级的另一
个任务。 μCOS-III 支持用户在系统运行过程中使能或者禁止时间片调度，同时也支持全局的时间片设置，
也支持每个任务的单独设置 。

时间片轮转调度算法的作用及原理：

作用：用于相同优先级任务的切换。

原理：在ucos iii中任务优先级是依靠一个数组变量来实现的，数组变量的每一位代表一个优先级。当某一位为1时，代表当前优先级有任务已经处于就绪状态。等待CPU分配。当两个处于同一优先级的任务同时就绪时，则取任务链表中的第一个任务执行（每个优先级都拥有一个任务链表，该链表中任务的优先级均相同）。当该任务时间片用完时，将该任务插入任务链表尾部。由此就能完成时间片轮转调度了。

 

和FreeRTOS相比，ucos做得并没有那么好，前者如果没有使能某些配置就编译，会报错误，能更好的提示编程者，不过基本原理大家都一样。