μC/OS-Ⅱ是一種免費公開源代碼、結(jié)構(gòu)小巧、具有可剝奪實時內(nèi)核的實時操作系統(tǒng)。其內(nèi)核提供任務(wù)調(diào)度與管理、時間管理、任務(wù)間同步與通信、內(nèi)存管理和中斷服務(wù)等功能。適合小型控制系統(tǒng)，具有執(zhí)行效率高、占用空間小、實時性能優(yōu)良和可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點，最小內(nèi)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(wù)調(diào)度算法開始分析。
2.1任務(wù)調(diào)度算法分析
? ? ? 操作系統(tǒng)的實時性主要體現(xiàn)在：當(dāng)優(yōu)先級高的任務(wù)要求工作時，操作系統(tǒng)要以盡快的時間將此任務(wù)調(diào)度到CPU執(zhí)行。這里所花費的時間主要包括兩部分：查找最高優(yōu)先級任務(wù)和任務(wù)上下文切換。其中，任務(wù)上下文切換時間是和處理器相關(guān)的，操作系統(tǒng)無法控制。我們主要分析uC/OS-ii如何查找最高優(yōu)先級任務(wù)的。

?? 因為任務(wù)較少，uC/OS-II采用單一優(yōu)先級，這為算法的實現(xiàn)提供了很大的方便在uC/OS-II中，優(yōu)先級可以作為任務(wù)的標(biāo)識（當(dāng)然要在任務(wù)存在的情況下，是通過一個指針數(shù)組實現(xiàn)的）來用。
?? 調(diào)度算法主要基于分級查詢。考慮到任務(wù)數(shù)目<64，可以用6bit來表示，分為高3位和低三位。uC/OS-II將優(yōu)先級進(jìn)行分組，按高三位進(jìn)行分組，可得8個（最多）優(yōu)先級數(shù)組（000-111）；每個優(yōu)先級的在數(shù)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(shù)組OSRdyTbl[8]（INT8U，每組8bit，每個bit代表一個優(yōu)先級）。這樣形成了的二級查詢，先選組，再選組內(nèi)偏移。
?? 其中，OSRdyGrp每一bit置1，表示該組有任務(wù)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(yōu)先級為22的任務(wù)就緒，我們?nèi)绾螌?yōu)先級數(shù)組進(jìn)行操作。用二進(jìn)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(xiàn)時，可以通過對1進(jìn)行移位，再進(jìn)行 或 操作來實現(xiàn)。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(dāng)一個任務(wù)就緒時，我們這樣處理。其中Prio是任務(wù)的優(yōu)先級。
程序清單 L3.5 使任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)
OSRdyGrp????????????? |= OSMapTbl[prio >> 3];
OSRdyTbl[prio >> 3] |= OSMapTbl[prio & 0x07];
而當(dāng)任務(wù)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(wù)
if ((OSRdyTbl[prio >> 3] &= ~OSMapTbl[prio & 0x07]) == 0)
????? OSRdyGrp &= ~OSMapTbl[prio >> 3];
表建立了，如何查詢最高優(yōu)先級呢？這是很關(guān)鍵的。因為優(yōu)先級的值越小，優(yōu)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(yōu)先級。
同樣，這可以通過一個while循環(huán)進(jìn)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(biāo)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(jìn)入就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務(wù)
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(tǒng)一的結(jié)構(gòu)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(guān)于事件的各種操作（如pend、post、timeout、wait等）的算法和任務(wù)調(diào)度算法如出一轍。當(dāng)然也用到了 OSUnMapTb[]和OSMapTbl[]。只是任務(wù)就緒時（等待CPU時）插入就緒表，而當(dāng)任務(wù)需要等待事件時要插入EVENT等待列表，反之亦同。
2.3 小結(jié)
????????? 這兩個算法（1種算法）是os_core.c中最主要的算法。此算法執(zhí)行時間恒定，不隨任務(wù)數(shù)目的多少變化（但不能超過64個任務(wù)），保證了其實時性。這里，順便對uC/OS-ii的設(shè)計哲學(xué)進(jìn)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(tài)初始化）看出，也可以從上面介紹的任務(wù)調(diào)度算法中看出（核心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為數(shù)組，并建立了兩張表OSUnMapTbl和OSMapTbl）。

總結(jié)

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(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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