μC/OS-Ⅱ是一種免費公開源代碼、結構小巧、具有可剝奪實時內核的實時操作系統。其內核提供任務調度與管理、時間管理、任務間同步與通信、內存管理和中斷服務等功能。適合小型控制系統，具有執行效率高、占用空間小、實時性能優良和可擴展性強等特點，最小內核可編譯至2KB。μC/OS-Ⅱ為何如此高效呢？我們從它的核心算法——任務調度算法開始分析。
2.1任務調度算法分析
? ? ? 操作系統的實時性主要體現在：當優先級高的任務要求工作時，操作系統要以盡快的時間將此任務調度到CPU執行。這里所花費的時間主要包括兩部分：查找最高優先級任務和任務上下文切換。其中，任務上下文切換時間是和處理器相關的，操作系統無法控制。我們主要分析uC/OS-ii如何查找最高優先級任務的。

?? 因為任務較少，uC/OS-II采用單一優先級，這為算法的實現提供了很大的方便在uC/OS-II中，優先級可以作為任務的標識（當然要在任務存在的情況下，是通過一個指針數組實現的）來用。
?? 調度算法主要基于分級查詢。考慮到任務數目<64，可以用6bit來表示，分為高3位和低三位。uC/OS-II將優先級進行分組，按高三位進行分組，可得8個（最多）優先級數組（000-111）；每個優先級的在數組中的位置由其低三位表示。在源碼中，高三位用帶Y后綴的變量表示，而低三位用帶 X后綴的變量表示。這樣建立了1個變量OSRdyGrp（INT8U，8bit，每個bit代表一組）和1個數組OSRdyTbl[8]（INT8U，每組8bit，每個bit代表一個優先級）。這樣形成了的二級查詢，先選組，再選組內偏移。
?? 其中，OSRdyGrp每一bit置1，表示該組有任務就緒。（第0～7組）。其示意圖見下圖：

我們舉一個例子，看一下如果優先級為22的任務就緒，我們如何對優先級數組進行操作。用二進制表示為0b00010110，其高3位為010，為2，則將第2組，也就是OSRdyGrp的第2位置1。其低3位為110，為6，則將其OSRdyTbl[2]的第6位置1。編程實現時，可以通過對1進行移位，再進行 或 操作來實現。但考慮到移位時間不確定，uC/OS-II選擇建立了一個表OSMapTbl[8]，如下。
表 T3.1 OSMapTbl[]的值

Index????????? Bit Mask (Binary)
0????????? 00000001
1????????? 00000010
2????????? 00000100
3????????? 00001000
4????????? 00010000
5????????? 00100000
6????????? 01000000
7????????? 10000000
這樣，當一個任務就緒時，我們這樣處理。其中Prio是任務的優先級。
程序清單 L3.5 使任務進入就緒態
OSRdyGrp????????????? |= OSMapTbl[prio >> 3];
OSRdyTbl[prio >> 3] |= OSMapTbl[prio & 0x07];
而當任務被掛起或刪除時，我們這樣處理：
程序清單 L3.6 從就緒表中刪除一個任務
if ((OSRdyTbl[prio >> 3] &= ~OSMapTbl[prio & 0x07]) == 0)
????? OSRdyGrp &= ~OSMapTbl[prio >> 3];
表建立了，如何查詢最高優先級呢？這是很關鍵的。因為優先級的值越小，優先級越高，我們只需從OSRdyGrp中找到最低位置1的的那一組，再從該組中，查找最低位置1的位置，組合一下，就得到了最高的優先級。
同樣，這可以通過一個while循環進行判斷，但是，時間也是不確定的。所以，uC/OS-II又建立了一張表OSUnMapTbl，這張表有點大，其下標值范圍為0x00-0xff，值域為0-7。
這樣，其查詢流程為：
程序清單 L3.7 找出進入就緒態的優先級最高的任務
y????? = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
x????? = OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]];
prio = (y << 3) + x;

2.2事件處理算法分析
在uC/OS-II中，事件可以是信號量、郵箱或者消息隊列等，并用統一的結構體OS_EVENT表示。
我們先看一下OS_EVENT的組成：
typedef struct {
INT8U???????????? OSEventType;????????????????
INT8U????? OSEventGrp;???????????????????
INT16U??????????? OSEventCnt;???????????????????
void???????????? *OSEventPtr;??????????????????
INT8U????? OSEventTbl[OS_EVENT_TBL_SIZE];
} OS_EVENT;
????????? 注意其中兩個變量：OSEventGrp和OSEventTbl[]，是不是覺得有點象OSRdyGrp和OSRdyTbl[]。那它們的處理算法是不是也一樣呢？你猜對了，這里關于事件的各種操作（如pend、post、timeout、wait等）的算法和任務調度算法如出一轍。當然也用到了 OSUnMapTb[]和OSMapTbl[]。只是任務就緒時（等待CPU時）插入就緒表，而當任務需要等待事件時要插入EVENT等待列表，反之亦同。
2.3 小結
????????? 這兩個算法（1種算法）是os_core.c中最主要的算法。此算法執行時間恒定，不隨任務數目的多少變化（但不能超過64個任務），保證了其實時性。這里，順便對uC/OS-ii的設計哲學進行臆測：那就是“以空間換時間”，也就是表格table (array)。這可以從uC/OS-II中存在眾多的全局變量，如OSEventTabl[]，OSRdyTbl[]，OSTCBTbl[]（這樣避免了動態初始化）看出，也可以從上面介紹的任務調度算法中看出（核心數據結構為數組，并建立了兩張表OSUnMapTbl和OSMapTbl）。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的uCOS-II核心算法分析（μCOS-Ⅱ）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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