ucos调度器详解

这一片谈谈关于ucos调度器的相关知识.

ucos的调度器的实现主要靠一个函数OS_Sched

该函数将调度器的行为分为了两个部分,第一是调度部分,第二是任务切换部分,如下

void  OS_Sched (void)

{

#if OS_CRITICAL_METHOD == 3u

OS_CPU_SR  cpu_sr = 0u;

#endif

OS_ENTER_CRITICAL();

if (OSIntNesting == 0u) {

if (OSLockNesting == 0u) {

OS_SchedNew();

OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];

if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) {

#if OS_TASK_PROFILE_EN > 0u

OSTCBHighRdy->OSTCBCtxSwCtr++;

#endif

OSCtxSwCtr++;

OS_TASK_SW();

}

}

}

OS_EXIT_CRITICAL();

}

这段代码中使用了两个全部变量,分别是

OSIntNesting

OSLockNesting

第一个变量在系统中断的时候调用OSIntEnter使之+1,退出中断的时候使用OSIntExit使之-1,这样就能保证调度的时候系统中是没有中断的, OS_ENTER_CRITICAL这个代码关闭了中断,

第二个变量是一个调度锁,由OSSchedLock使之+1 OSSchedUnlock使之-1,用来在系统中短暂的屏蔽调度器的运行

此时可以看到,调度发生的时候,系统处于无中断而且调度器没有加锁的情况下,调用OS_SchedNew函数,该函数部分源码为

y   = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];

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

还有部分源码也是相同的功能,只是63优先级扩展到255优先级,查找就绪表的过程变化了而已

OSPrioHighRdy表示了当前系统中准备好的最高优先级的任务的优先级,通过优先级找到最高优先级(准备好的)的系统tcb,并确保不是当前正在运行的任务的优先级,然后跳转到OS_TASK_SW进行任务切换

OS_TASK_SW是一个任务切换宏,展开来就是OSCtxSw函数,,是需要用户实现的一个接口代码,如下

OSCtxSw

PUSH    {R4, R5}

LDR     R4, =NVIC_INT_CTRL  ;触发PendSV异常(causes context switch)

LDR     R5, =NVIC_PENDSVSET

STR     R5, [R4]

POP     {R4, R5}

BX      LR

这段代码出发了一个pend_sv的异常,那么应该就到了中断处理函数中

中断处理函数挺长的,这里就不贴代码了,但是其核心功能就是比较当前任务优先级和最高ready任务优先级,进行堆栈指针psp的切换和相应的赋值操作(tcbcur),当退出中断的时候就能实现任务切换了.具体来说,这个函数应当完成七个功能

把当前任务的端点指针保存到当前任务堆栈中

把处理器通用寄存器的内容保存到任务堆栈中

把被终止任务的任务堆栈指针当前值保存到该任务任务控制块的OSTCBSTKpTR中

获得待运行任务的任务控制块

是处理器通过任务控制块获得待运行任务的任务堆栈指针

将待运行任务的任务堆栈指针中的数据恢复到cpu他通过寄存器

使处理器获得待运行任务的断点指针

通过这里我们可以看到,如果一个任务占有最高优先级,而任务本身不对资源进行释放,也就是任务本身不去修改系统就绪表的话,这个任务将一直执行,除非出现更高级的任务.

说到这里,为什么要在终端中进行任务切换呢?原因在于,pc指针无法通过指令压入堆栈,但是能够在中断情况下cpu自动把pc压入堆栈,我们要获取pc指针,就只能通过堆栈了

以上所说的都是在正常情况下的任务切换,ucos在中断环境下也能进行任务切换,这个任务切换是通过函数OSIntExit函数来实现的,核心代码如下

if (OSRunning == OS_TRUE) {

OS_ENTER_CRITICAL();

if (OSIntNesting > 0u) {

OSIntNesting--;

}

if (OSIntNesting == 0u) {

if (OSLockNesting == 0u) {

OS_SchedNew();

OSTCBHighRdy = OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy];

if (OSPrioHighRdy != OSPrioCur) {

#if OS_TASK_PROFILE_EN > 0u

OSTCBHighRdy->OSTCBCtxSwCtr++;

#endif

OSCtxSwCtr++;

OSIntCtxSw();

}

之前说到,退出中断的时候调用这个函数,将OSIntNesting-1,之后处理器会进行一次任务切换,别的地方都和OSSched()函数一致,只是任务切换的时候使用的切换函数是OSIntCtxSw函数,该函数原型如下

OSIntCtxSw

PUSH    {R4, R5}

LDR     R4, =NVIC_INT_CTRL      ;触发PendSV异常 (causes context switch)

LDR     R5, =NVIC_PENDSVSET

STR     R5, [R4]

POP     {R4, R5}

BX      LR

NOP

和之前的OSCtxSw是一致的

经过上面的分析,知道了系统调度的具体过程,任务切换的时机就可以说是两个了,第一个是调用OSSched和中断中OSIntExit,而OSSched的调用在系统中哪些位置一查便知

多说一句,在不使用任务同步特性的情况下,最经常的造成任务调度的方法是OSTimeDly时钟延时的时候,任务调度的最终实现通过中断完成.