μC/OS-Ⅱ在应用系统中任务划分及优先级设置

利用实时内核开发嵌入式多任务系统程序，应该将系统功能合理分解，构造不同的任务，并根据任务相对于其他任务的重要性决定其优先级。主要介绍了在嵌入式操作系统μC／OS—Ⅱ的开发过程中，如何在应用系统中进行任务的划分及其优先级的设置，并结合自己的开发项目给出实例。     

一种有限优先级的静态优先级分配算法

静态优先级调度在实时系统中得到了广泛应用.然而,静态优先级调度受到系统支持的优先级个数的限制.当任务的个数大于优先级个数时,需要将多个任务映射到同一个优先级.针对优先级个数有限的情况,给出了在截止期限大于周期时任务可调度的充分必要条件,并提出了基于有限优先级的静态优先级分配算法(AGP).AGP算法对于基本任务集合是最优的静态优先级分配算法.其最优性表现在,所需的优先级个数最小,并且若采用AGP算法不可调度某个任务集,则采用其他静态优先级分配算法也不可调度该任务集.模拟结果表明,AGP算法的可调度性要远远大于常量法.AGP算法对于解决在嵌入式实时系统中任务的优先级分配问题具有重要意义.     

基于组合优先级的自适应实时调度算法研究

在嵌入式实时操作系统中,由单个特征参数作为实时任务优先级的调度依据,并不能较好地描述系统中任务的关键性和紧迫性.提出一种基于组合优先级的自适应实时调度算法(SREDF),综合任务的截止期和CPU运行期设计任务的优先级,使截止期越早且CPU运行期越短的任务拥有最高优先级.处理器能有效地调度相同截止期的实时任务,并提前分析和预测任务能否完成.实验表明,该算法降低了任务调度的截止期错失率(MDP),并提高了任务调度的速度和效率.     

一种实时多任务调度方法的设计

在实时多任务系统中,当子任务的参数部分或全部相同、或子任务间存有某些约束关系时,仅由参数确定优先级会造成子任务的优先级难以区分或引起误操作,针对上述问题提出了一种以任务的关键性、价值密度为主,加入任务间约束关系的名为关键性一价值密度一任务约束的实时多任务调度方法,并给出了优先级设计规则。通过在一远程监控系统中的应用证实,该方法能体现实时任务的关键性、价值密度和任务间简单约束关系,避免了优先级相同和误操作现象,特别当任务过载时能使任务有序执行。     

优先级有限时的单处理器静态优先级调度

静态优先级调度在实际应用中经常受到系统支持的优先级个数的影响,当任务个数多于系统优先级个数时,需要将几个任务优先级映射成一个系统优先级.这可能引起优先级映射问题,使映射前可调度的系统(任务集合)在映射后变得不可调度.解决这一问题需要减少时间复杂度的映射算法和判定映射后任务可调度性的充分必要条件主要存在3种映射算法:(1)按照任务优先级递减顺序进行映射的DPA(decreasing priority assignment)算法;(2)按照优先级递增顺序进行映射的IPA(Increasing priority assignment)算法;(3)阈值段间映射法(thresh01d segment mapping,简称TSM).描述了3种算法的实现和判定条件,论述并证明了算法特性,分析并通过仿真实验比较了算法的性能,最后总结了3种算法各自的适用场合.比较结果和结论对实时嵌入式系统的设计和实现具有一定的参考价值.     

MQX任务优先级的设置与对中断影响的研究

针对MQX(Message Queue e Xecutive)嵌入式实时操作系统任务优先级对中断系统实时性、内存的占用、任务调度速度产生影响等问题,详细研究了MQX任务和中断优先级的设置等级、任务优先级对中断影响的机理、任务优先级和中断优先级的关系,以及剖析任务优先级对内存的占用、任务之间、任务调度的关系;并通过工程测试验证了这些关系。最后,提出了MQX嵌入式工程任务优先级设置的基本编程要点;为合理设置任务的优先级减少内存的损耗、提高任务的调度速度、提高系统的实时可靠性和信息处理的完整性等提供了很好的建议。     

一种静态最少优先级分配算法

随着实时系统越来越多地应用于各种快速更新系统,尤其是各种片上系统,如PDA(personal digital assistant),PSP(play station portable)等,性价比已成为系统设计者的主要关注点.实际应用中,实时系统通常仅支持较少的优先级,常出现系统优先级数小于任务数的情况(称为有限优先级),此时,需将多个任务分配到同一系统优先级,RM(rate monotonic),DM(deadline monotonic)等静态优先级分配算法不再适用.为此,静态有限优先级分配是研究在任务集合静态优先级可调度的情况下,可否以及如何用较少或最少的系统优先级保持任务集合可调度.已有静态有限优先级分配可分为两类:固定数目优先级分配和最少优先级分配.给出了任意截止期模型下任务静态有限优先级可调度的充要条件以及不同静态有限优先级分配间转换时的几个重要性质,指出了系统优先级从低到高分配策略的优越性,定义了饱和任务组与饱和分配的概念,证明了在任务集合静态优先级可调度的情况下,最少优先级分配比固定数目优先级分配更具一般性.最后提出一种最少优先级分配算法LNPA(least-number priority assignment).与现有算法相比,LNPA适用范围更广,且复杂度较低.     

基于CPN的μC／OS系统实时性能分析

仿真并分析了μC/OS系统固定优先级调度系统,指出当前的静态分析方法无法评估具体实时性能指标的局限性.提出使用CPN(赋时着色Petri网)对μC/OS实时系统中任务调度机制建模,包括系统各子任务之间的依赖关系,各任务的实限要求以及固定优先级调度机制,并通过运行模型来获取系统的具体实时,性能指标.实验结果表明,基于动态仿真获取的性能数据,可指导优化系统中各任务的优先级设计,从而提高系统的实时性能.     

Mutex降解uC/OS-II优先级翻转

实时性是嵌入式应用中一个重要的指标,而优先级翻转是影响系统实时性的一个重要因素。可剥夺型内核中,任务以独占方式使用共享资源时,将出现低优先级任务先于高优先级任务运行的现象,即优先级翻转。本文以实时操作系统uC/OS-II为例,分析了产生优先级翻转的原因,阐述了利用互斥信号量解决该问题的原理并通过具体的应用程序对这一方法的可行性进行了验证。     

回卷恢复模型下容错实时系统的可调度性分析

实时任务的超时完成将会导致灾难性后果,因此实时系统必须具备严格的实时性及可靠性保障.考虑实时系统的容错需求,本文基于回卷恢复模型,对容错实时系统的可调度性分析进行研究.在基于任务最环响应时间的可调度性分析方法中,容错优先级配置是决定系统可调度性的关键.为了改进系统的可调度性,提出一种容错优先级可降低的配置策略,并推导出此策略下任务最坏响应时间的计算公式,以判断系统的可调度性.降低策略下低优先级任务可挪用高优先级任务的空闲时间来满足自身的截止时限要求.仿真实验表明,降低任务的容错优先级可以有效提升系统的容错能力.     

一种无线网络控制系统的时空实时任务调度算法

提出了一种无线网络控制系统的时间空间混合优先级调度算法(STS)。该算法综合考虑了无线网络控制系统中机器人之间与任务区域的距离和任务有效截止期,将时间和距离两个因素通过多个步骤逐步量化,最终形成最优的优先级队列,移动机器人根据优先级队列逐个解决区域的任务需求。为了验证STS算法的性能,做了大量的仿真实验来证明时间空间混合优先级算法的优势。实验结果表明,在确保高优先级调度成功并提高系统稳定性的前提下,时间空间混合优先级算法在任务请求吞吐率、任务解决成功率和平均响应时间等方面与之前的算法相比都具有更好的调度表现。     

实时调度中基于多特征参数的任务优先级设计方法

本文在实时任务调度中基于任务的价值、剩余执行时间、空闲时间以及到达时间等多特征参数设计任务的优先级,并使任务的优先级随着任务紧迫性和完成程度变化而动态调整,并基于新的优先级设计策略提出一种实时动态抢占式调度算法VRSAF算法。仿真实验表明,在负载较轻时,VRSAF算法能获得近似EDF算法的调度性能;在过载情况下,其调度性能优于HVF算法;总体调度性能高,并能在系统过载的情况下实现平缓的降级。     

Mutex降解uC/OS-Ⅱ优先级翻转

实时性是嵌入式应用中一个重要的指标,而优先级翻转是影响系统实时性的一个重要因素.可剥夺型内核中,任务以独占方式使用共享资源时,将出现低优先级任务先于高优先级任务运行的现象,即优先级翻转.本文以实时操作系统uC/OS-Ⅱ为例,分析了产生优先级翻转的原因,阐速了利用互斥信号量解决该问题的原理并通过具体的应用程序对这一方法的可行性进行了验证.     

TinyOS中多优先级任务队列调度策略研究

针对TinyOS先来先服务调度策略中重要任务不能及时响应的不足,提出一种基于多优先级任务队列的调度策略。该调度策略将原来一个任务队列增加为三个优先级队列并引入抢占机制,最高优先级队列中的任务在满足抢占原则时才可以抢占其他队列正在执行的任务,任务只能在不同队列之间发生抢占,这样既减少了上下文切换,又保证了重要任务的优先执行。实验结果表明,该调度策略在不影响原有系统性能的情况下,提高了TinyOS对重要任务的响应性能。     

关于uC/OS-II中优先级翻转问题

1 uC/OS-II的运行机制 在嵌入式系统的应用中, 实时性是一个重要的指标,而优先级翻转是影响系统实时性的重要问题。本文着重分析优先级翻转问题的产生和影响,以及在 uC/OS-II 中的解决方案。 uC/OS-II 采用基于固定优先级的占先式调度方式, 是一个实时、多任务的操作系统。系统中的每个任务具一个任务控制快 O S _ T C B ,任务控制块记录任务执行的环境,包括任务的优先级,任务的堆栈指针,任务的相关事件控制块指针等。内核将系统中处于就绪态的任务在就绪表(ready　list)进行标注,通过就绪表中的两个变量 OSRdyGrp 和 OSRdyT…     

嵌入式多核系统的可调优先级自旋锁

传统自旋锁具有无序竞争的特点,本文对自旋锁机制进行了研究,通过引入优先级和等待次数阈值提出可调优先级自旋锁,保证高优先级任务尽可能多地获得锁,低优先级任务经过一段等待时间后调整优先级、增加获取锁的机会,实现了可调优先级自旋锁并通过实验进行了验证.测试结果表明,可调优先级自旋锁既能够减少传统自旋锁的时间开销,又能保证高优先级处理器核锁申请较快得到响应,验证了可调优先级自旋锁在多核系统中是可用的.     

基于双层优先级的中继卫星系统任务调度算法

中继卫星系统在天基信息网中起着桥梁的作用。为充分利用卫星资源以提供快速可靠的数据中继服务,需要对高价值、高紧迫性的任务开展调度方法研究。首先,在分析中继卫星系统任务与资源的基础上,建立了多任务、多资源的调度模型。而后,提出了任务调度优先级和时间窗口选择优先级模型,并在此基础上提出了一种基于双层优先级的中继卫星系统调度算法。最后,根据算法在仿真算例中的应用可见：相比对照算法,基于双层优先级的调度算法更有利于满足高价值、高紧迫性任务的执行条件,从而提高了任务成功率和调度综合收益。     

优先级周期性互换的实时调度算法

针对实时多任务调度时低优先级任务的延迟问题,提出了一种优先级周期性互换的静态优先级调度算法。该方法以固定的时间片为周期,对多任务系统中的某两个不同优先级的独立性任务,周期性地互换它们的优先级级别,在保证较高优先级任务的执行时间的前提下,使得较低优先级的任务有机会尽快执行,以缩短其执行过程中的延迟时间。所提方法能有效解决低优先级任务的实时性问题,从而提高实时多任务系统的整体控制性能。     

基于OSEK的任务调度算法改进及实现

针对嵌入式操作系统中的任务调度算法不能保证临近时限的低优先级任务得以运行的情况,提出一种任务管理机制和任务调度算法。该算法通过一种链表结构来解决任务调度时系统开销大的问题,并在任务建立时确定任务的时限。当任务的时限临近时提高其优先级,使其得以运行,使系统在保证高优先级任务得以运行的同时,确保低优先级任务得以运行,从而保证了系统的实时性。     

优先级周期性互换的实时调度算法

针对实时多任务调度时低优先级任务的延迟问题,提出了一种优先级周期性互换的静态优先级调度算法。该方法以固定的时间片为周期,对多任务系统中的某两个不同优先级的独立性任务,周期性地互换它们的优先级级别,在保证较高优先级任务的执行时间的前提下,使得较低优先级的任务有机会尽快执行,以缩短其执行过程中的延迟时间。所提方法能有效解决低优先级任务的实时性问题,从而提高实时多任务系统的整体控制性能。