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1、5.4 时间片轮询多任务操作系统,目 录,协作式多任务系统,协作式多任务系统的特点,协作式多任务系统中，任务切换需正在运行的任务主动让出CPU，这不仅带来一些安全隐患，而且使程序设计相当的复杂。,任务调度交给操作系统，引入调度算法,调度算法,时间片轮询,1,优先级调度,2,带优先级调度的时间片轮询,3,调度算法,时间片轮询,1,t,t,任务的运行时间,时间片轮询系统中任务运行情况,在时间片轮询操作系统中，CPU的执行时间被划分为若干时间片，然后让处于就绪状态的任务，按顺序轮流占用CPU。当时间片用完时，即使任务未执行完，系统也剥夺此任务的CPU使用权力。,时间片长度t一般为110ms,优先级调
2、度,2,带优先级调度的时间片轮询,3,任务A,任务B,任务C,所有任务相同对待，分时运行。,调度算法,时间片轮询,1,优先级调度,2,带优先级调度的时间片轮询,3,+ 低优先级,+ 中优先级,+ 高优先级,任务A,任务B,任务C,t,高优先级任务先运行,t,高优先级任务抢占低优先级任务,不同任务不同对待，优先级高任务的先运行。,调度算法,时间片轮询,1,优先级调度,2,带优先级调度的时间片轮询,3,这种调度算法情况较复杂，类型较多，自己去学习了解。,任务切换时机,分配给任务的时间片已到,任务主动请求调度,1,2,任务在调用操作系统提供的“管理”类服务（如删除任务等）和“等待”类服务（如延时、获
3、取信号量、等待消息等）时，会主动请求调度。,操作系统采用一个周期性的中断来管理时间片，在这个中断服务函数中，判断运行的任务是否用完了时间片。,使用时间片轮询调度的操作系统中，会在两种下进行任务切换。,目 录,2,整体规划,1,概述,3,4,任务控制块,内部变量初始化,时间片轮询操作系统规划,TinyOS51 V1.0,TinyOS51 V1.1,TinyOS51 V1.1采用最简单的时间片轮询调度算法，在每个时钟节拍中断时调度，即分配给任务的时间片为一个时钟节拍。 这样，在任务控制块中不仅不需要保存时钟任务剩余的时钟节拍，而且也不必编写计算任务的剩余时间和设置任务时间片的代码。,TinyOS5
4、1从V1.0到V1.1的改变,TinyOS51 V1.0和TinyOS51 V1.1的API不同点,提供操作系统的一种基本服务延时服务，延时以时钟节拍为单位。,在TinyOS51中，时钟节拍中断由用户实现，在时钟节拍中断处理函数中调用tnOsTimeTick()。,void task0(void) TMOD = (TMOD ,/* * 一个简单的任务，无限循环中让 * _GucTask0+。 */ void task1(void) while (1) _GucTask0+; ,/* * 用户实现时钟节拍中断服务函数， * 并调用tnOsTimeTick()。 */ void timer0ISR
5、(void) _interrupt1 tnOsTimeTick(); ,/* * 1. 初始化系统 * 2. 创建任务 * 3. 启动系统 */ void main(void) tnOsInit(); tnOsTaskCreate(task0, _GucTaskStks0; tnOsTaskCreate(task1, _GucTaskStk1); tnOsStart(); ,资源配置与示例,任务函数,task0()和task1(),时钟节拍中断服务函数,timer0ISR(),main函数,main(),static idata unsigned char _GucTaskStk232; st
6、atic unsigned char _GucTask0; static unsigned char _GucTask1;,/ 分配任务堆栈,/ 任务0测试变量,/ 任务1测试变量,全局变量定义,函数实现,目 录,3,任务控制块,4,5,内部变量初始化,创建任务,1,2,概述,整体规划,任务控制块,TinyOS51 V1.1增加了延时服务功能，因此，在TCB中增加了一个记录时间的成员uiTicks。,#define _TN_TASK_FLG_DEL 0x00 / 任务被删除 #define _TN_TASK_FLG_RDY 0x01 / 任务就绪 #define _TN_TASK_FLG_DL
7、Y 0x02 / 任务延时 struct tn_os_tcb jmp_buf jbTaskContext; / 任务上下文 unsigned char ucTaskStat; / 任务状态 unsigned int uiTicks; / 任务延时时间 ; typedef struct tn_os_tcb TN_OS_TCB; static data TN_OS_TCB _GtcbTasksTN_OS_MAX_TASKS; / 任务控制块数组,与任务控制块相关代码：,目 录,4,内部变量初始化,5,6,创建任务,启动多任务环境,2,3,整体规划,任务控制块,tnOsInit(),void tnO
8、sInit (void) TN_OS_TASK_HANDLE thTask; / 操作的任务 for (thTask = 0; thTask TN_OS_MAX_TASKS; thTask+) _GtcbTasksthTask.ucTaskStat = _TN_TASK_FLG_DEL; / 任务初始处于删除状态 _GtcbTasksthTask.uiTicks = 0; / 设置初值 _GthTaskCur = 0; / 初始运行0号任务 ,由于TCB增加了一个uiTicks，则在tnOsInit()中进行初始化。,OS初始化函数代码：,目 录,5,创建任务,6,7,启动多任务环境,任务调度
9、,3,4,任务控制块,内部变量初始化,通常，为了提高可移植性，采用一个宏或函数来编写实现开中断和关中断程序。由于TinyOS51仅适合80C51系列单片机，故直接使用“EA=0”和“EA=1”。,创建任务函数tnOsTaskCreate(),由于tnOsTaskCreate()要操作TCB，而时钟节拍中断中也要操作TCB，因此tnOsTaskCreate()中操作TCB的代码为临界区代码，要避免被时钟节拍中断打断。 TinyOS51中采用开/关中断的方式解决此问题。,TN_OS_TASK_HANDLE tnOsTaskCreate(void (*pfuncTask)(void), idata
10、unsgined char *pucStk) TN_OS_TASK_HANDLE thRt; for (thRt = 0; thRt TN_OS_MAX_TASKS; thRt+) EA = 0; / 禁止中断 if (_GtcbTasksthRt.ucTaskStat = _TN_TASK_FLG_DEL) setTaskJmp(pfuncTask, pucStk, _GtcbTasksthRt.jbTaskContext); _GtcbTaskthRt.ucTaskStat = _TN_TASK_FLG_RDY; EA = 1; / 允许中断 return thRt; EA = 1; /
11、允许中断 ,目 录,6,启动多任务环境,7,8,任务调度,时钟节拍中断,4,5,内部变量初始化,创建任务,tnOsStart(),在TinyOS51 V1.1中，如果不允许中断，则时钟节拍中断服务程序不会运行，因此，在tnOsStart()中增加允许中断的代码。,void tnOsStart (void) EA = 1; / 允许中断 longjmp (_GtcbTask0.jbTaskContext); / 执行0号任务 ,tnOsInit()中_GthTaskCur = 0， 即当前运行任务为0号任务。,目 录,7,任务调度,8,9,时钟节拍中断,longjmpInIsr(),5,6,创建
12、任务,启动多任务环境,_tnOsSched(),tnOsSched(),开/关中断代码,_tnOsSched(),TinyOS51 V1.0,TinyOS51 V1.1,任务调度函数_tnOsSched()中也要操作TCB，因此也需要加入开/关中断代码包含临界区。另外，_tnOsSched()不再提供给任务直接调用，仅供内部调用，因此添加前缀“_”。,保护临界资源,目 录,8,时钟节拍中断,9,longjmpInIsr(),任务延时,6,7,启动多任务环境,任务调度,10,如果uiTicks不为0，则uiTicks-，即缩短延时时间。未使用任务状态标志判断任务是否处于延时状态。这是因为Tiny
13、OS51更高的版本具有超时功能，需要使用uiTicks来判断任务是否超时。,如果uiTicks为0，则将任务设置为就绪状态。为了向上兼容超时代码，即区分系统服务是正常返回还是超时返回，未直接将任务设置为就绪状态，而使用“|=”操作。,时钟节拍中断,大多数操作系统中的延时管理和中断服务程序中的任务切换功能，分别是用两个函数实现的，由于TinyOS51 V1.1是纯粹的时间片轮询操作系统，非时钟节拍中断的中断服务程序不进行任务切换操作，因此将二者合二为一。,for (thTask = 0; thTask TN_OS_MAX_TASKS;thTask+) if (_GtcbTasksthTask.u
14、iTicks != 0) _GtcbTasksthTask.uiTicks-; / 缩短延时时间 if (_GtcbTasksthTask.uiTicks = 0) _GtcbTasksthTask.ucTaskStat |= _TN_TASK_FLG_RDY; / 设置任务就绪状态位 ,延时管理,1,任务切换,2,对于80C51来说，规定：一般函数返回使用RET指令，而中断返回使用RETI指令。由于longjmp()函数是使用RET指令返回的，如果在时钟节拍中断中继线使用longjmp()，则任务切换后CPU会认为中断仍未退出，同级中断（包括自身）将被屏蔽，从而造成整个系统执行错误。因此必须将longjmp()函数改为longjmpInIsr()。,时钟节拍中断,大多数操作系统中的延时管理和中断服务程序中的任务切换功能，分别是用两个函数实现的，由于TinyOS51 V1.1是纯
