專利名稱：嵌入式實時操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機(jī)操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度方法，尤其涉及嵌入式系統(tǒng)和實時系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度方法。
背景技術(shù)：
進(jìn)程調(diào)度(或稱任務(wù)調(diào)度)是嵌入式實時操作系統(tǒng)(Real-Time OperatingSystem，簡稱RTOS)中最關(guān)鍵、最核心的部分，進(jìn)程調(diào)度的效率高低，直接關(guān)系到RTOS的效率和性能。對于RTOS的進(jìn)程調(diào)度技術(shù)，通常采用下述指標(biāo)進(jìn)行衡量a)系統(tǒng)支持的優(yōu)先級的個數(shù)Np優(yōu)先級的個數(shù)越多，進(jìn)行上層應(yīng)用程序設(shè)計的余地越大，對于現(xiàn)代RTOS系統(tǒng)，Np數(shù)應(yīng)當(dāng)大于等于64；b)系統(tǒng)支持的進(jìn)程(任務(wù))個數(shù)Nt進(jìn)程個數(shù)Nt越大，上層應(yīng)用程序所受的限制就越小，設(shè)計也更方便，通信系統(tǒng)中采用的RTOS系統(tǒng)，要求進(jìn)程個數(shù)Nt應(yīng)當(dāng)不小于256，理想的進(jìn)程個數(shù)Nt應(yīng)該無窮大，即進(jìn)程個數(shù)不受限于進(jìn)程調(diào)度，而僅受限于系統(tǒng)資源；c)進(jìn)程的切換時間Ts∶Ts越小越好，且應(yīng)當(dāng)為常數(shù)。
現(xiàn)有的μC/OS-II操作系統(tǒng)是開放源碼的、基于優(yōu)先級可搶占式多進(jìn)程系統(tǒng)，每一個優(yōu)先級只容納一個進(jìn)程，其進(jìn)程狀態(tài)較為簡單，包括運(yùn)行、就緒、休眠和掛起四個狀態(tài)。μC/OS-II操作系統(tǒng)的上述三個指標(biāo)分別為Np＝64，Nt＝64，Ts為微秒級且是常數(shù)，其主要缺點(diǎn)是優(yōu)先級與進(jìn)程的緊密結(jié)合，導(dǎo)致Np和Nt的大小嚴(yán)重受限，使得該系統(tǒng)無法在大型通信系統(tǒng)中使用。
此外，美國風(fēng)河公司(Wind River System)的商用嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks也是基于優(yōu)先級可搶占式多進(jìn)程系統(tǒng)，支持256個優(yōu)先級，每個優(yōu)先級可容納的進(jìn)程數(shù)不受限制，但其獲得最高優(yōu)先級就緒進(jìn)程的算法耗時較多，對于延遲進(jìn)程隊列的處理所需時間很長。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提出一種嵌入式實時系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度方法，滿足進(jìn)程調(diào)度的指標(biāo)，達(dá)到商用實時系統(tǒng)的性能要求，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的處理時間長的問題。
本發(fā)明所述嵌入式實時操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度方法，包括建立進(jìn)程所需資源的步驟和調(diào)度進(jìn)程的步驟；所述建立進(jìn)程所需資源的步驟，包括一、確定進(jìn)程的狀態(tài)；二、建立就緒隊列，所述就緒隊列包括由16位無符號變量和大小為16的數(shù)組構(gòu)成的頭部以及一個大小為256的數(shù)組；三、建立并初始化映射表為unsigned char const MapTbl[] ＝{0×0001，0×0002，0×0004，0×0008，0×0010，0×0020，0×0040，0×0080，0×0100，0×0200，0×0400，0×0800，0×1000，0×2000，0×4000，0×8000}；四、建立并初始化逆映射表為unsigned char const UnMapTbl[]＝{0，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，6，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，7，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，6，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0}；五、建立掛起隊列，所述掛起隊列是初始化為空的鏈表；六、為每一種互斥共享的資源標(biāo)識建立一個阻塞隊列，所述阻塞隊列是初始化為空的先進(jìn)先出鏈表；
七、建立延遲隊列，所述延遲隊列是根據(jù)節(jié)點(diǎn)被延遲時間進(jìn)行排序的有序鏈表，被延遲時間短的節(jié)點(diǎn)在前；八、建立包含標(biāo)識進(jìn)程狀態(tài)的進(jìn)程控制塊結(jié)構(gòu)；所述調(diào)度進(jìn)程的步驟包括一、創(chuàng)建進(jìn)程，指定進(jìn)程的優(yōu)先級；二、進(jìn)程進(jìn)入掛起隊列；三、如果進(jìn)程被激活，則進(jìn)入就緒隊列；四、根據(jù)就緒隊列的頭部查找逆映射表，獲得當(dāng)前就緒的最高優(yōu)先級的進(jìn)程；五、根據(jù)最高優(yōu)先級進(jìn)程的進(jìn)程控制塊內(nèi)容確定進(jìn)程進(jìn)入的隊列；六、如果進(jìn)程進(jìn)入就緒隊列，則依據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級掛入就緒隊列的相應(yīng)位置，并根據(jù)優(yōu)先級查找映射表，修改就緒隊列的頭部；七、如果進(jìn)程被阻塞，則從進(jìn)程原來所在隊列中取出對應(yīng)進(jìn)程控制塊，根據(jù)其優(yōu)先級修改就緒隊列的頭部，并將其進(jìn)程控制塊以優(yōu)先級為關(guān)鍵字放入阻塞隊列；八、如果進(jìn)程被延遲，則從進(jìn)程原來所在隊列中取出對應(yīng)進(jìn)程控制塊，根據(jù)其優(yōu)先級修改就緒隊列的頭部，并將其進(jìn)程控制塊以延遲時間為關(guān)鍵字插入延遲隊列；九、如果進(jìn)程被掛起，則進(jìn)程進(jìn)入掛起隊列。
本發(fā)明所述進(jìn)程調(diào)度方法采用了“映射表+逆映射表+鏈表”的技術(shù)措施，在進(jìn)程切換時間、支持的最大進(jìn)程數(shù)、支持的優(yōu)先級數(shù)等方面都取得了很大的進(jìn)步，達(dá)到了商用實時系統(tǒng)的性能要求；本發(fā)明采用簡潔高效的延遲進(jìn)程隊列處理方法，極大地減輕了系統(tǒng)的負(fù)荷；本發(fā)明具有高效、高可靠性、適用范圍廣的特點(diǎn)，支持256個優(yōu)先級，無窮多進(jìn)程，具有更短的微秒級常數(shù)的進(jìn)程切換時間，更加高效的延遲隊列處理，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對優(yōu)先級數(shù)Np和進(jìn)程數(shù)Nt的限制，使其能夠廣泛適用于通信、航空、工業(yè)控制、新型智能設(shè)備等領(lǐng)域。


圖1是進(jìn)程的狀態(tài)遷移示意圖；圖2是就緒隊列的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是進(jìn)程優(yōu)先級和就緒隊列頭部中的BitTbl數(shù)組的對應(yīng)關(guān)系；圖4是就緒隊列的頭部中BitTblSign變量和BitTbl數(shù)組的對應(yīng)關(guān)系；圖5是進(jìn)程進(jìn)出延遲隊列的示意圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
在進(jìn)行進(jìn)程調(diào)度之前，需要先建立進(jìn)程調(diào)度的有關(guān)資源。
首先確定進(jìn)程的狀態(tài)模型。進(jìn)程狀態(tài)分為4種基本態(tài)就緒、阻塞、延遲、阻塞且延遲，還有一種附加態(tài)——掛起。進(jìn)程無論處于哪一種基本態(tài)，均可被掛起，從而形成就緒且掛起、阻塞且掛起、延遲且掛起、阻塞且延遲且掛起4種組合態(tài)。因此，進(jìn)程的實際狀態(tài)共有8種，即4種基本態(tài)加上4種組合態(tài)。
圖1介紹了進(jìn)程狀態(tài)以及相互間的遷移關(guān)系，其中進(jìn)程狀態(tài)用含有英文字母的圓圈表示，S表示掛起狀態(tài)；R表示就緒狀態(tài)；B表示阻塞狀態(tài)；D表示延遲狀態(tài)；B&D表示阻塞且延遲狀態(tài)；D&S表示延遲且掛起狀態(tài)；B&S表示阻塞且掛起狀態(tài)；B&D&S表示阻塞且延遲且掛起狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)程創(chuàng)建后，處于掛起狀態(tài)(S態(tài))，可以被其它進(jìn)程激活(Activate)而進(jìn)入就緒態(tài)(R態(tài))，隨后可以延遲(Delay)自身進(jìn)入延遲態(tài)(D態(tài))，此期間可能被其它進(jìn)程反延遲(Undelay)回到就緒態(tài)(R態(tài))，也可能被其它進(jìn)程掛起，從而進(jìn)入延遲且掛起狀態(tài)(D&S態(tài))，延遲且掛起狀態(tài)(D&S態(tài))和延遲狀態(tài)(D態(tài))的進(jìn)程在延遲到時后分別進(jìn)入掛起狀態(tài)(S態(tài))和就緒狀態(tài)(R態(tài))。
處于就緒狀態(tài)(R態(tài))的進(jìn)程如果以“堅持式獲取”(Spoony Take)方式申請互斥共享的資源，且資源目前不可用，則進(jìn)程進(jìn)入阻塞態(tài)(B態(tài))，B態(tài)的進(jìn)程可能被其它進(jìn)程掛起，從而進(jìn)入阻塞且掛起狀態(tài)(B&S態(tài))，B&S態(tài)和B態(tài)的進(jìn)程在資源變?yōu)榭捎弥蠓謩e進(jìn)入S態(tài)和R態(tài)。
處于就緒狀態(tài)(R態(tài))的進(jìn)程如果以“暫待式獲取”(Ticks Take)方式申請互斥共享的資源，且資源目前不可用，則進(jìn)程進(jìn)入阻塞且延遲狀態(tài)(B&D態(tài))，如果B&D態(tài)的進(jìn)程在等待期間資源變?yōu)榭捎?對應(yīng)至少一個Give操作)，則返回R態(tài)，否則在等待超時(TimeOut)后返回D態(tài)，且返回錯誤；B&D態(tài)的進(jìn)程可能被其它進(jìn)程掛起，從而進(jìn)入阻塞且延遲且掛起狀態(tài)(B&D&S態(tài))。如果B&D&S態(tài)的進(jìn)程在等待期間資源變?yōu)榭捎?Give)，則返回掛起狀態(tài)(S態(tài))；如果在此期間被激活，則返回B&D態(tài)，如果等待超時則返回B態(tài)，且返回錯誤。
在系統(tǒng)中僅有一個就緒隊列、一個延遲隊列和一個掛起隊列，每一種互斥共享的資源標(biāo)識(比如一個信號量)有一個阻塞隊列。就緒隊列中僅存入處于就緒狀態(tài)(R態(tài))的進(jìn)程；處于延遲狀態(tài)(D態(tài))、延遲且掛起狀態(tài)(D&S態(tài))、阻塞且延遲且掛起狀態(tài)(B&D&S態(tài))的進(jìn)程存在延遲隊列中；處于組合態(tài)的進(jìn)程均存在掛起隊列中；處于阻塞狀態(tài)(B態(tài))、阻塞且掛起狀態(tài)(B&S態(tài))、阻塞且延遲且掛起狀態(tài)(B&D&S態(tài))的進(jìn)程存在對應(yīng)資源標(biāo)識的阻塞隊列中。進(jìn)程是用進(jìn)程控制塊唯一標(biāo)識的，由于采用指針掛接的方式，一個進(jìn)程可以同時存在于多個隊列中。
其次，建立就緒隊列，圖2是就緒隊列(Ready Q)的結(jié)構(gòu)示意圖。該隊列由一個頭部和一個大小為256的Prio數(shù)組組成，其中隊列頭部包含一個16位的無符號變量BitTblSign和一個大小為16的BitTbl數(shù)組，其數(shù)組元素為16位無符號變量；Prio數(shù)組的元素是指向鏈表節(jié)點(diǎn)的頭指針和尾指針，頭指針指向其下屬鏈表的第一個節(jié)點(diǎn)，尾指針指向其下屬鏈表的最后一個節(jié)點(diǎn)，鏈表的節(jié)點(diǎn)即是進(jìn)程。
下面定義掛起隊列、阻塞隊列和延遲隊列。掛起隊列用鏈表來實現(xiàn)，其初始值為空。對于每一種互斥共享的資源標(biāo)識，都需建立一個阻塞隊列，阻塞隊列也采用鏈表實現(xiàn)，其初始值為空，進(jìn)程采用先進(jìn)先出的方式進(jìn)出隊列。延遲隊列是一個有序鏈表，其排序依據(jù)是根據(jù)節(jié)點(diǎn)被延遲的時間，被延遲時間短的進(jìn)程排在前面。
由于進(jìn)程是由進(jìn)程控制塊唯一標(biāo)識的，對進(jìn)程的操作只能通過對進(jìn)程控制塊的操作來實現(xiàn)，因此在對進(jìn)程進(jìn)行調(diào)度前需要對進(jìn)程控制塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明，進(jìn)程控制塊結(jié)構(gòu)中應(yīng)當(dāng)包含標(biāo)識進(jìn)程狀態(tài)的數(shù)據(jù)。
然后，建立并初始化映射表和逆映射表。映射表大小是16個，定義映射表為unsigned char const MapTbl[] ＝{0×0001，0×0002，0×0004，0×0008，0×0010，0×0020，0×0040，0×0080，
0×0100，0×0200，0×0400，0×0800，0×1000，0×2000，0×4000，0×8000}；逆映射表的大小是256，定義為unsigned char const UnMapTbl[]＝{0，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，6，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，7，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，6，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0}；以上介紹了在進(jìn)程調(diào)度前所需的資源準(zhǔn)備情況，建立了相應(yīng)的隊列、映射表和逆映射表，下面將詳細(xì)介紹進(jìn)程調(diào)度的方法。
進(jìn)程創(chuàng)建后，處于掛起狀態(tài)，進(jìn)程的優(yōu)先級也隨之確定，進(jìn)程進(jìn)入掛起隊列中。如果進(jìn)程被激活，則進(jìn)入就緒狀態(tài)，進(jìn)程依據(jù)其優(yōu)先級掛入就緒隊列的相應(yīng)位置，利用優(yōu)先級查找映射表，根據(jù)結(jié)果修改就緒隊列頭部的BitTbl數(shù)組和BitTblSign變量。如果進(jìn)程轉(zhuǎn)向其他狀態(tài)，則需要把一個進(jìn)程變?yōu)榉蔷途w狀態(tài)，首先從就緒隊列中刪除此進(jìn)程的進(jìn)程控制塊，其次判定是否有與此進(jìn)程同優(yōu)先級的進(jìn)程處于就緒狀態(tài)，若有，則不需要改變BitTblSign變量和BitTbl數(shù)組的值；否則清除BitTblSign數(shù)組和BitTbl變量的對應(yīng)位的值。這里需要注意對進(jìn)程的操作順序，必須先刪除對應(yīng)的進(jìn)程控制塊，再判定是否有與此進(jìn)程同優(yōu)先級的進(jìn)程處于就緒狀態(tài)，否則可能因待刪除進(jìn)程控制塊的存在而導(dǎo)致判定錯誤。
圖3介紹了進(jìn)程優(yōu)先級和就緒隊列頭部中BitTbl數(shù)組的對應(yīng)關(guān)系。一個進(jìn)程的優(yōu)先級對應(yīng)BitTbl數(shù)組中的一位。進(jìn)程優(yōu)先級是一個8位的無符號變量，其高4位(Y)確定其對應(yīng)點(diǎn)位于BitTbl數(shù)組的哪一個元素，低4位(X)則確定其對應(yīng)點(diǎn)位于此元素的哪一位。如果把BitTbl數(shù)組視為一個16×16的矩陣，那么進(jìn)程優(yōu)先級的高4位和低4位分別確定其對應(yīng)點(diǎn)的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)。例如某進(jìn)程的優(yōu)先級為108，對應(yīng)十六進(jìn)制值為0×6C，則其Y坐標(biāo)(從上往下)為6，其X坐標(biāo)(從右往左)為0×C，即13，對應(yīng)圖2中標(biāo)記為“108”的方格。若此進(jìn)程已經(jīng)就緒，則對應(yīng)的“108”方格應(yīng)為1，即BitTbl數(shù)組的對應(yīng)位置為1。
圖4是就緒隊列頭部中BitTblSign變量和BitTbl數(shù)組的對應(yīng)關(guān)系示意圖。BitTbl數(shù)組的第K個元素對應(yīng)BitTblSign變量的第K位，如果變量BitTbl[K]不為零，則BitTblSign數(shù)組的第K位為1，否則BitTblSign數(shù)組的第K位為0。
結(jié)合圖3與圖4可以看出，256個優(yōu)先級分別對應(yīng)BitTbl數(shù)組的256個比特，這256個比特又分為16組，并使用BitTblSign變量實現(xiàn)對每一組的監(jiān)控，從而解決了快速高效獲得當(dāng)前就緒最高優(yōu)先級的問題。
獲得當(dāng)前就緒進(jìn)程的最高優(yōu)先級是調(diào)度部分最重要的任務(wù)。當(dāng)需要獲得當(dāng)前就緒的最高優(yōu)先級進(jìn)程時，使用BitTblSign數(shù)組和BitTbl變量查逆映射表，獲得當(dāng)前最高優(yōu)先級值，然后從就緒隊列中取出此優(yōu)先級對應(yīng)鏈表的第一個節(jié)點(diǎn)(即進(jìn)程控制塊)。具體過程是首先把一個16位的數(shù)分為兩個8位的部分查找逆映射表分別獲得Y坐標(biāo)和X坐標(biāo)，然后通過圖3所示的X、Y坐標(biāo)與優(yōu)先級的關(guān)系計算得出所求的優(yōu)先級。
當(dāng)獲得了當(dāng)前就緒進(jìn)程的最高優(yōu)先級后，以此值為下標(biāo)在就緒隊列的Prio數(shù)組中找到對應(yīng)元素，其head指針指向的節(jié)點(diǎn)即為當(dāng)前就緒最高優(yōu)先級進(jìn)程的進(jìn)程控制塊。
按照公平分配資源的原則，同一個優(yōu)先級下的不同進(jìn)程之間采用時間片輪轉(zhuǎn)的方式，當(dāng)預(yù)定的時間片到達(dá)時，原h(huán)ead指針指向節(jié)點(diǎn)的下一節(jié)點(diǎn)提升為head指針指向的節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)所代表的進(jìn)程變?yōu)楫?dāng)前運(yùn)行進(jìn)程，原h(huán)ead指針指向的節(jié)點(diǎn)移動到鏈表尾部。
進(jìn)行重新調(diào)度的時機(jī)是全部嵌套的中斷處理結(jié)束或退出內(nèi)核模式或預(yù)定的時間片到時。
當(dāng)就緒的進(jìn)程轉(zhuǎn)入阻塞狀態(tài)時，從就緒隊列中取出對應(yīng)進(jìn)程控制塊，依據(jù)其優(yōu)先級修改BitTblSign變量和BitTbl數(shù)組，并將其進(jìn)程控制塊以優(yōu)先級為關(guān)鍵字放入阻塞隊列。
當(dāng)阻塞的進(jìn)程轉(zhuǎn)入就緒狀態(tài)時，從阻塞隊列中取出對應(yīng)進(jìn)程控制塊，依據(jù)其優(yōu)先級掛入就緒隊列的相應(yīng)位置。并利用優(yōu)先級查找映射表，根據(jù)結(jié)果修改BitTbl數(shù)組和BitTblSign變量。
當(dāng)就緒的進(jìn)程被延遲時，從就緒隊列中取出對應(yīng)進(jìn)程控制塊，依據(jù)其優(yōu)先級修改BitTblSign數(shù)組和BitTbl變量，并將其進(jìn)程控制塊以延遲時間為關(guān)鍵字插入延遲隊列中。
圖5介紹了延遲隊列(Delay Q)的插入操作和刪除操作。延遲隊列Delay Q是一個有序的鏈表，越靠近隊列頭的節(jié)點(diǎn)越先到時(Time Out)。
當(dāng)進(jìn)程插入時，從延遲隊列的頭部開始搜索插入位置，具體方法是依據(jù)節(jié)點(diǎn)(進(jìn)程控制塊)的延遲時間，依次減去已跨越的節(jié)點(diǎn)的延遲時間，直到剩余值小于下一個節(jié)點(diǎn)的延遲時間時，掛入節(jié)點(diǎn)，再從下一個節(jié)點(diǎn)的延遲時間中減去剩余值。圖5(a)、圖5(b)、圖5(c)說明了此過程。
當(dāng)從延遲隊列中刪除進(jìn)程時，只需將待刪除節(jié)點(diǎn)的延遲時間加到其后繼節(jié)點(diǎn)的延遲時間上，然后刪除節(jié)點(diǎn)即可。圖5(d)、圖5(e)說明了此過程。
由于采用了上述方法，每一個時間單位過后，只需將延遲隊列Delay Q的第一個節(jié)點(diǎn)的延遲時間減1，如果結(jié)果為零，則表明該節(jié)點(diǎn)的延遲時間已到，然后按圖1所示的狀態(tài)轉(zhuǎn)移進(jìn)行處理。該方法不需要在每個時間單位都遍歷一次延遲隊列，極大地減輕了系統(tǒng)的負(fù)荷。
當(dāng)延遲的進(jìn)程超時后，依據(jù)其被延時前的狀態(tài)決定將其放入哪個隊列中。
權(quán)利要求
1.一種嵌入式實時操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度方法，包括建立進(jìn)程所需資源的步驟和調(diào)度進(jìn)程的步驟；所述建立進(jìn)程所需資源的步驟，包括一、確定進(jìn)程的狀態(tài)；二、建立就緒隊列，所述就緒隊列包括由16位無符號變量和大小為16的數(shù)組構(gòu)成的頭部以及一個大小為256的數(shù)組；三、建立并初始化映射表為unsigned char const MapTbl[] ＝{0×0001，0×0002，0×0004，0×0008，0×0010，0×0020，0×0040，0×0080，0×0100，0×0200，0×0400，0×0800，0×1000，0×2000，0×4000，0×8000}；四、建立并初始化逆映射表為unsigned char const UnMapTbl[]＝{0，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，6，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，7，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，6，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，5，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，4，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0}；五、建立掛起隊列，所述掛起隊列是初始化為空的鏈表；六、為每一種互斥共享的資源標(biāo)識建立一個阻塞隊列，所述阻塞隊列是初始化為空的先進(jìn)先出鏈表；七、建立延遲隊列，所述延遲隊列是根據(jù)節(jié)點(diǎn)被延遲時間進(jìn)行排序的有序鏈表，被延遲時間短的節(jié)點(diǎn)在前；八、建立包含標(biāo)識進(jìn)程狀態(tài)的進(jìn)程控制塊結(jié)構(gòu)；所述調(diào)度進(jìn)程的步驟包括一、創(chuàng)建進(jìn)程，指定進(jìn)程的優(yōu)先級；二、進(jìn)程進(jìn)入掛起隊列；三、如果進(jìn)程被激活，則進(jìn)入就緒隊列；四、根據(jù)就緒隊列的頭部查找逆映射表，獲得當(dāng)前就緒的最高優(yōu)先級的進(jìn)程；五、根據(jù)最高優(yōu)先級進(jìn)程的進(jìn)程控制塊內(nèi)容確定進(jìn)程進(jìn)入的隊列；六、如果進(jìn)程進(jìn)入就緒隊列，則依據(jù)進(jìn)程的優(yōu)先級掛入就緒隊列的相應(yīng)位置，并根據(jù)優(yōu)先級查找映射表，修改就緒隊列的頭部；七、如果進(jìn)程被阻塞，則從進(jìn)程原來所在隊列中取出對應(yīng)進(jìn)程控制塊，根據(jù)其優(yōu)先級修改就緒隊列的頭部，并將其進(jìn)程控制塊以優(yōu)先級為關(guān)鍵字放入阻塞隊列；八、如果進(jìn)程被延遲，則從進(jìn)程原來所在隊列中取出對應(yīng)進(jìn)程控制塊，根據(jù)其優(yōu)先級修改就緒隊列的頭部，并將其進(jìn)程控制塊以延遲時間為關(guān)鍵字插入延遲隊列；九、如果進(jìn)程被掛起，則進(jìn)程進(jìn)入掛起隊列。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式實時操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度方法，其特征在于，所述建立進(jìn)程所需資源步驟的步驟一確定進(jìn)程的狀態(tài)包括8種，分別是就緒、阻塞、延遲、阻塞且延遲、就緒且掛起、阻塞且掛起、延遲且掛起、阻塞且延遲且掛起狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式實時操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度方法，其特征在于，所述調(diào)度進(jìn)程步驟的步驟四進(jìn)一步包括首先使用BitTblSign數(shù)組和BitTbl變量查逆映射表，獲得當(dāng)前最高優(yōu)先級值，然后從就緒隊列中取出此優(yōu)先級對應(yīng)鏈表的第一個節(jié)點(diǎn)；具體過程是首先把一個16位的數(shù)分為兩個8位的部分查找逆映射表獲得Y坐標(biāo)和X坐標(biāo)，然后通過X、Y坐標(biāo)與優(yōu)先級的關(guān)系計算出所求的優(yōu)先級。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的嵌入式實時操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度方法，其特征在于，所述X、Y坐標(biāo)與優(yōu)先級的關(guān)系是進(jìn)程的優(yōu)先級對應(yīng)BitTbl數(shù)組中的一位；進(jìn)程優(yōu)先級是一個8位的無符號變量，其高4位和低4位分別確定其對應(yīng)點(diǎn)的Y坐標(biāo)和X坐標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式實時操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度方法，其特征在于，所述調(diào)度進(jìn)程步驟的步驟六后還包括如果進(jìn)程轉(zhuǎn)向其他狀態(tài)，則將該進(jìn)程變?yōu)榉蔷途w狀態(tài)的步驟，具體是首先從就緒隊列中刪除此進(jìn)程的進(jìn)程控制塊，其次判定是否有與此進(jìn)程同優(yōu)先級的進(jìn)程處于就緒狀態(tài)，若有，則不需要改變BitTblSign變量和BitTbl數(shù)組的值；否則清除BitTblSign數(shù)組和BitTbl變量的對應(yīng)位的值。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入式實時操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度方法，其特征在于，所述調(diào)度進(jìn)程步驟的步驟八進(jìn)一步包括當(dāng)進(jìn)程插入時，從延遲隊列的頭部開始依據(jù)節(jié)點(diǎn)的延遲時間，依次減去已跨越的節(jié)點(diǎn)的延遲時間，直到剩余值小于下一個節(jié)點(diǎn)的延遲時間時，掛入節(jié)點(diǎn)，再從下一個節(jié)點(diǎn)的延遲時間中減去剩余值；當(dāng)從延遲隊列中刪除進(jìn)程時，將待刪除節(jié)點(diǎn)的延遲時間加到其后繼節(jié)點(diǎn)的延遲時間上，然后刪除該節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種嵌入式實時操作系統(tǒng)的進(jìn)程調(diào)度方法，包括建立進(jìn)程所需資源的步驟和調(diào)度進(jìn)程的步驟；建立進(jìn)程所需資源主要是定義進(jìn)程的模型、隊列以及映射表、逆映射表的內(nèi)容；調(diào)度進(jìn)程則針對進(jìn)程在就緒隊列、阻塞隊列、延遲隊列和掛起隊列的進(jìn)出過程進(jìn)行了描述。本發(fā)明所述進(jìn)程調(diào)度方法采用了“映射表+逆映射表+鏈表”的技術(shù)措施，在進(jìn)程切換時間、支持的最大進(jìn)程數(shù)、支持的優(yōu)先級數(shù)等方面都取得了很大的進(jìn)步，達(dá)到了商用實時系統(tǒng)的性能要求；本發(fā)明采用簡潔高效的延遲進(jìn)程隊列處理方法，極大地減輕了系統(tǒng)的負(fù)荷；本發(fā)明具有高效、高可靠性、適用范圍廣的特點(diǎn)，支持256個優(yōu)先級，無窮多進(jìn)程，具有更短的微秒級常數(shù)的進(jìn)程切換時間。
文檔編號G06F13/26GK1519735SQ03115210
公開日2004年8月11日 申請日期2003年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月24日
發(fā)明者危才華, 蘆東昕, 繆敬, 楊新 申請人:深圳市中興通訊股份有限公司