UCOS II怎麼查詢當前就緒表中,優先順序最高的任務
uCOS-II為了保證CPU總是執行優先順序最高的任務,每當任務狀態發生變化時,就需要判斷當前任務是否為最高優先順序,不是的話就需要進行上下文切換。如何在需要進行任務優先順序比較時,快速的將就緒態任務中優先順序最高的讀出。一種最簡單的資料結構就是定義一個unsigned int型別的變數。變數長度為4位元組共32位,如果用1代表任務就緒,用0代表任務未就緒,用相應的位來代表任務優先順序,那麼這樣總共能定義32個任務。
如上圖所示,第一行代表該位的取值,第二行代表位,那麼總共定義了32個任務,優先順序分別為0-31,其中優先順序為0,、29、31的任務處於就緒狀態。這個說白了就是定義了一個長度為32的bool型陣列,下標代表任務的優先順序,該下標對應的值便為任務的狀態。如果要讀出就緒表中處於就緒狀態並且優先順序最高的任務,那麼執行這條語句:
for(i=0;i<32&&(!(num&(0x01<<i)));i++);
其中num為定義的unsigned int 型別的變數,執行完這條語句之後,i的值就是就緒任務中優先順序最高的任務所對應的優先順序。
這樣做確實簡單明瞭,但是定義的任務偏少,而且讀出一個特定任務優先順序所需要的時間是不定的,就是說上面讀出優先順序的那條語句的執行次數是不定的,這顯然不能滿足實時性系統的要求。
所以就有了uCOS-II的神來之筆,unsigned int型別的變數可以看做是長度為32的bool型陣列,如果將這個陣列從一維定義到二維,那麼定義的任務數量將翻倍增長。如果這個二維陣列的列數為8,那麼8位二進位制數剛好可以用unsigned char來表示,那麼定義一個一維的unsigned char陣列就可以表示這種二維的bool型陣列,uCOS-II總共可以管理64個任務,那麼unsigned char陣列的長度為8,便可以定義出64個任務,剛好滿足要求。定義完之後的資料結構如下。
假設這個陣列為data[],那麼在上圖中,data[0]=0xA6,data[6]=0X37,在第一行中,優先順序為1、2、5、7的任務處於就緒狀態,如何快速的讀出處於就緒狀態且優先順序最高的任務,最笨的辦法就是遍歷這個陣列,依次取出陣列中的每個元素,每取出一個元素,讀這個元素各個位的值,從低到高,直到找出第一個位為1的那一位。用元素的下標乘8再加上該位的值,就是優先順序最高的任務。這種做法顯然效率很低,而且執行這個演算法的所需要的時間不定。
這個演算法效率低下的原因就是把時間浪費在了讀取那些未就緒任務的狀態,假設就緒態任務中優先順序最高為103,那麼依次讀取前102個任務的狀態值浪費了大量的時間,如果能想辦法跳過一些前面未就緒的任務,那麼演算法的效率就大大提升。如果將所有的任務分組,每八個為一組,總共八組,定義一個unsigned char型別的變數,假設為grp,用這個變數的每一位代表一個任務組。只要這個任務組中八個任務其中有一個處於就緒態,那麼就將這個變數相應的位置1,如果所有的任務都未就緒,那麼就將這個變數相應的位置0。這樣就達到了前面所說跳過一些未就緒任務的想法,在遍歷陣列查詢優先順序時,從低到高首先去讀grp每一位的值,如果發現某一位值為0,就代表這個組沒有就緒態的任務,就跳過這個組。這樣遍歷data陣列時,步長從1變為了8。
解決了前面的問題後,這個演算法效率還是有些低,原因在於遍歷。假設grp的值為0XA0(1010 0000),遍歷的結果是優先順序最高的就緒態任務在第五組,
for(i=0;i<32&&(!(num&(0x01<<i)));i++);
上面這句程式碼執行了五次,時間浪費在這裡了。如果將程式碼執行的次數降低到最小,並且是確定的,那麼效率將會進一步提升。如果定義一個長度為256的unsigned char陣列(假設為indexOf1),將grp的值作為下標,該下標處元素的值為該下標值從低到高第一次出現1的位的位置。舉例來說,0XA0(1010 0000)從低到高第一次出現1的位的位置為5,那麼indexOf1[grp]=5。同理indexOf1[0]=0,indexOf1[1]=0,indexOf1[2]=1,… 於是在uCOS-II原始碼中定義了這樣一個數組
這樣就不用執行前面所述的那句程式碼,直接通過下標在陣列中查詢即可,程式碼執行的次數降到了最低而且次數是確定的。
那麼總結一下查詢最高優先順序的演算法,首先將grp作為下標,在indexOf1陣列中查詢grp第一次出現1的位的位置(假設為y),旨在跳過前面未就緒的任務組。以y為下標,取出就緒表data[]陣列中對應元素,繼續以該元素為下標,在indexO1陣列中查詢該元素第一次出現1的位的位置(假設為x),旨在跳過同組中前面未就緒的任務。這樣總共跳過的未就緒的任務個數為 y組+x 個。每組的任務為8,那麼跳過的任務數就是y*8+3,那麼就緒任務中優先順序最高的就是該值。以下面的這張就緒表為例:
grp的值為0XE0(1110 0000),表示0-4組沒有就緒的任務,5-7有就緒的任務。首先以grp為下標,indexOf1[grp]=5,取出就緒表中data[5],值為0X98(1001 1000),以0X98為下標,在indexOf1中取出indexOf1[0X98]=3,那麼總共跳過了5組+3個共43個任務,那麼就緒任務中優先順序最高的就是43。
在uCOS-II原始碼中,grp定義為OSRdyGrp,就緒表data[]定義為OSRdyTbl[OS_LOWST_PRIO/8+1],indexOf1[256]定義為OSUnMapTbl[256],
查詢程式碼為:
y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
x = OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]];
prio = (y << 3) + x;
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