uC/OS-III 时钟节拍,时间管理,时间片调度

时间:2022-10-02 15:40:33

uC/OS-III 时钟节拍,时间管理,时间片调度

 

时钟节拍

时钟节拍可谓是 uC/OS 操作系统的心脏,它若不跳动,整个系统都将会瘫痪。 时钟节拍就是操作系统的时基,操作系统要实现时间上的管理,必须依赖于时基。 
时钟节拍就是系统以固定的频率产生中断(时基中断),并在中断中处理与时间相关的
事件,推动所有任务向前运行。 时钟节拍需要依赖于硬件定时器, 在 STM32 裸机程序中经
常使用的 SysTick时钟是 MCU的内核定时器,通常都使用该定时器产生操作系统的时钟节拍。
用户需要先在“os_cfg_app.h”中设定时钟节拍的频率,该频率越高,操作系统检测事
件就越频繁,可以增强任务的实时性,但太频繁也会增加操作系统内核的负担加重,所以用
户需要权衡该频率的设置。在这里采用默认的 1000 Hz(之后若无特别声明,均采
用 1000 Hz),也就是时钟节拍的周期为 1 ms。 
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时间管理

OSTimeDly()

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任务调用这个函数后就会被挂起直到期满。这个函数可以有三种模式:相对延时模式,周期性延时模式,绝对定时模式 
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( 1) 第一个参数是任务的延时时基数。 如果时基速率被设置为
1000Hz, 任务会每次执行都会被延时大约2毫秒。 然而, 并不是精确
地延时2个时基,因为任务被挂起后是检测时基中断发生的次数与任
务的延时值是否相同来判断是否超时的。 也就是说, 当任务在时基中
断将要到来时被挂起,那么实际的延时时基会少1个时基 
( 2)参数为OS_OPT_TIME_DLY表明用户选择的相对延时模式

OS_OPT_TIME_DLY

指定相对延迟。

OS_OPT_TIME_TIMEOUT

等同OS_OPT_TIME_DLY

OS_OPT_TIME_PERIODIC

指定周期模式。

OS_OPT_TIME_MATCH

指定任务在OSTickCtr达到指定的值时将被唤醒dly(绝对延时)

( 3)如大多数 uC/OS-III函数一样,错误代号会被返回。当所有的参数都是有效时会返回OS_ERR_NONE。
( 4) 当返回不为OS_ERR_NONE时, OSTimeDly()将不会执行延时操作
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OSTimeDlyHMSM()

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任务可以调用这个函数为任务设置延时,这个函数更“ 友好” 于
用户。特别的,可以设置为小时,分钟,秒,毫秒( HMSM由此四
个英文首字母得来)。这个函数只在相对延时模式下运行 。

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( 1)这四个参数设置了延时的时间(分别对应为时、分、秒、
毫秒)。在这个例子中,设置了延时 1秒。延时的分辨率决定于时基
频率。例如,如果时基频率为1000Hz那么延时的分辨率为1毫秒。
如果时基的频率为100Hz那么延时的分辨率为10毫秒。同样的,延时时间不会很精确 。
( 2)设置 OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT后会检测函数的参
数是否合理。小时的范围是 0到 99,分的范围是 0到59,秒的范围
是0到59,毫秒的范围是0到999。
如果设置为 OS_OPT_TIME_HMSM_NON_STRICT,函数会接受
参数的范围变大。小时的范围是0到999,分的范围是0到9999,秒
的范围是0到65535,毫秒的范围是0到4294967295。
限制小时范围为0到999的原因是:一般是用32位的数记录时基
值的。如果时基的频率为1000Hz,那么最多能计数 4294967秒,大
约1193小时。因此设置999小时为上限 
( 3)如大多数uC/OS-III函数一样返回一个错误代号 
OSTimeDly()和 OSTimeDlyHMSM()经常被用于创建周期性的任
务。 例如, 设置任务每50毫秒扫描一次键盘、 每10毫秒读取AD输入等 。
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OSTimeDlyResume()
OSTimeDlyResume () 函数用于直接结束其他任务(非当前任务)的延时。 用户若要使用
OSTimeDlyResume () 函数,得事先将宏 OS_CFG_TIME_DLY_RESUME_EN(位于“os_cfg.h”)设为 1。 
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OSTimeGet ()
OSTimeGet () 函数用于获取当前的时钟节拍计数值。 OSTimeGet () 函数的信息如下表所示。 
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OSTimeSet ()
OSTimeSet () 函数用于设置当前的时钟节拍计数值。 OSTimeSet () 函数的信息如下表所示。 
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代码练兵场(时间轮转片调度方式):

在任务中一定要增加条件编译,如下图方框处:

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并且在下图所示文件中,使能时间片的宏:

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这样,创建相同优先级的任务,采用时间轮转片的方式进行调度。

OSSchedRoundRobinCfg(DEF_ENABLED,1,&err);  
         其中OSSchedRoundRobinCfg(DEF_ENABLED,1,&err); 
 函数参数一:DEF_ENABLED使能调度轮转法,DEF_DISBLED失能调轮转法。
        参数二:用来设置时间片长度。时间长度 = 参数值*时间节拍。其中时间节拍与系统时间频率OS_CFG_TICK_RATE_HZ,互为倒数。
第二步:创建任务时,通过设置(OS_TICK  )参数,来设置任务拥有几个时间片。
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红色方框处:任务的时间片节拍数(0表默认值OSCfg_TickRate_Hz/10)

我们可以查看源码如下:

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1. 由于这几个参数是全局变量,所以必须关闭中断。
2. 根据形参设置是否使能时间片调度。
3. 变量 OSSchedRoundRobinDfltTimeQuanta 是用来设置默认的时间片个数,也就是说,如果程序中
没有单独配置任务的时间片个数,就会使用这个默认时间片个数。

放弃剩余时间片OSSchedRoundRobinYield () 
这个函数的主要功能就是任务在完成工作的情况下,如果还有剩余的时间片,可以放弃这些时间去执行另外的同优先级任务(切记,是另外的同优先级任务) 。
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1. 获取此优先级的就绪链表。从而得到此优先级下任务的个数,如果同优先级下只有一个任务,将退出
这个函数。
2. 移动同优先级就绪链表中任务的位置,从实现同优先级下任务的切换。
3. 参数 p_tcb->TimeQuanta = 0 的时候就会使用默认的时间片个数,如果非 0,就会给这个任务的时
间片计数器赋予相应的时间片个数。

4. 执行任务调度。

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当多个任务有相同的优先级时,μCOS-III 允许任务在切换到另一个任务前运行特定的时间,也就是大
家常说的时间片。这个过程就是 Round-Robin 调度或者时间片调度。如果任务不需要将所有的时间片用
完,可以调用上面讲的函数 OSSchedRoundRobinYield (),放弃剩余时间片从而切换到同优先级的另一
个任务。 μCOS-III 支持用户在系统运行过程中使能或者禁止时间片调度,同时也支持全局的时间片设置,
也支持每个任务的单独设置 。

时间片轮转调度算法的作用及原理:
作用:用于相同优先级任务的切换。
原理:在ucos iii中任务优先级是依靠一个数组变量来实现的,数组变量的每一位代表一个优先级。当某一位为1时,代表当前优先级有任务已经处于就绪状态。等待CPU分配。当两个处于同一优先级的任务同时就绪时,则取任务链表中的第一个任务执行(每个优先级都拥有一个任务链表,该链表中任务的优先级均相同)。当该任务时间片用完时,将该任务插入任务链表尾部。由此就能完成时间片轮转调度了。
 
和FreeRTOS相比,ucos做得并没有那么好,前者如果没有使能某些配置就编译,会报错误,能更好的提示编程者,不过基本原理大家都一样。