μC／OS―II實時操作系統中任務延時的研究與改進

摘要：通過介紹μC／0S—II實時操作系統中的任務延時功能，分析了系統中的任務延時的優缺點。針對任務延時占用處理器時間與任務總數有關和掃描各個任務占用大量處理器時間的問題，對操作系統中的任務延時機制進行改進。改進后的操作系統在基于第二代Cortex—M3內核的LPC1768處理器上測試，通過軟件仿真，得出此方法可以提高系統的實時性，降低系統的額外開銷。
關鍵詞：μC／OS—II；任務延時；Cortex—M3；軟件仿真

引言
μC／OS—II是一種源代碼公開、結構小巧、具有可剝奪實時內核的實時操作系統。絕大部分代碼是用C語言編寫的，便于移植到各種內核上。μC／OS—II使用時鐘節拍完成任務的延時功能，每個時鐘對所有的任務控制塊進行掃描。時鐘節拍率越高，系統的額外負荷就越重，而且會隨著任務總數的增加而增加。
本文詳細分析μC／OS—II中的任務延時功能，對任務延時作適當改進。新創建一個任務延時鏈表，把需要延時的任務鏈接到延時列表中，這樣每個時鐘節拍只對延時任務的控制塊進行掃描即可，由此降低了系統負荷，而且系統的開銷不會隨著任務總數的增加而增加，而僅僅與同時延時的任務數有關。

1 μC／OS—II任務延時
μC／OS—II系統中任務延時是時間管理功能的主要部分，而在μC／OS—II 2．81及以后的版本中，增加了軟件定時器功能。不管是任務延時還是軟件定時器，都需要一個硬件產生一個周期中斷，也就是時鐘節拍。
μC／OS—II系統的時鐘節拍的頻率一般在10～100 Hz之間，時鐘節拍率越高，系統的額外負荷就越重，影響系統的實時性。任務延時是在時鐘節拍中斷函數中實現的，時鐘節拍中斷函數調用時鐘節拍函數OSTimeTick()，此函數的工作主要是掃描每一個任務控制塊中的時間延時項OSTCBDly，完成任務的延時。由于OSTimeTick()要對每個任務都進行一遍同樣的工作，因此它的運行時間和任務數的多少成正比。如果任務數比較多的話(現在μC／OS—II可以支持256個任務，而基于Cortex-M3內核可以支持1024個任務)，函數OSTimeTick()占用大量的系統時間。
本文使用的操作系統版本為μC／OS—II 2．86，此版本中與任務延時相關的函數包括：
①與任務延時設置相關的函數——任務延時函數OSTimeDly()與OSTimeDlyHMSM()，位于time．c文件中，用于任務自身調用，無條件的掛起自己延時一段時間；請求資源函數OS_FlagBlock()(請求事件標志)、OSMboxPend()(請求郵箱)、OSMutexPend()(請求互斥量)、OSQPend()(請求消息隊列)、OSSemPend()(請求信號量)等，當資源請求不成功時，任務延時掛起；還有一個掛起其他任務的函數OSTaskResume()，但沒有掛起其他函數一段時間的函數。
②與任務恢復有關的函數——恢復任務延時函數OSTimeDlyResume()，恢復因資源不滿足而掛起任務的函數OS_EventTaskRdy()、OS_Fla-gTaskRdy()，把等待列表中的占用位清除，清任務延時值；任務刪除函數OSTaskDel()、任務恢復函數OSTaskResume()等。
③時鐘節拍處理函數OSTimeTick()，用于處理任務延時。

2 任務延時的改進
首先在uCOS_II．H頭文件中定義任務延時鏈表OSTCBDlyList，延時任務總數變量OSTCBDlyNum，由于記錄延時任務數。設置任務延時，首先把任務從任務鏈表中刪除，然后加入都任務延時鏈表OSTCBDlyList中，最后OSTCBDlyNum加1；延時結束或任務恢復時，任務控制塊從任務延時鏈表中刪除，加入任務鏈表；刪除任務時，首先判斷任務是否處于延時中，再決定從哪個鏈表中刪除。
2．1 修改與任務延時設置相關的函數
與任務延時設置相關函數中，在其代碼OSTCBCur->OSTCBDly=ticks(或timeout)后面加入延時設定函數函數OSTCBDlySet()，如OSTimeDly()函數修改成如下形式：

函數OSTCBDlySet()的形參為需要任務延時的控制塊，函數的偽代碼如下所示：