uCOS II 是一個(gè)源代碼公開的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，以其穩(wěn)定可靠、高效、可移植性好，并且為占先式調(diào)度等特點(diǎn)，被廣大工程技術(shù)人員使用。uCOS II 作為一種占先式的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，在不少方面有著可以與商業(yè)內(nèi)核相比的功能。但是uCOS II 不支持同優(yōu)先級(jí)任務(wù)的調(diào)度，而實(shí)際的應(yīng)用中，往往有些任務(wù)需要同優(yōu)先級(jí)進(jìn)行調(diào)度。如多點(diǎn)的溫度或氣壓數(shù)據(jù)采集，若理解為不同的優(yōu)先級(jí)任務(wù)去調(diào)度，不是一個(gè)好的邏輯設(shè)計(jì)，并且可能需要更多地考慮如何去實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)的調(diào)度。另外， 如果允許同優(yōu)先級(jí)任務(wù)調(diào)度，還可以解決優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問(wèn)題， 可以提升優(yōu)先級(jí)低但占有資源的任務(wù)至申請(qǐng)?jiān)撡Y源的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)， 直到低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)釋放該資源， 恢復(fù)低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)才占有該資源， 從而解決優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)問(wèn)題。

　　1 uCOS II 的任務(wù)調(diào)度與OSTCBList結(jié)構(gòu)
   
　　當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的任務(wù)有同樣優(yōu)先級(jí)，內(nèi)核允許一個(gè)任務(wù)運(yùn)行事先確定的一段時(shí)間，叫做時(shí)間額度，然后切換給另一個(gè)任務(wù)，也叫做時(shí)間片調(diào)度。內(nèi)核在滿足以下條件時(shí)， 把CPU 控制權(quán)交給下一個(gè)任務(wù)就緒態(tài)的任務(wù)：

　　 當(dāng)前任務(wù)已無(wú)事可做；
　　 當(dāng)前任務(wù)在時(shí)間片還沒(méi)有結(jié)束時(shí)已經(jīng)完成。 

　　uCOS II 支持不同優(yōu)先級(jí)間的任務(wù)調(diào)度，通過(guò)任務(wù)各自對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)，快速地由OSTCBPrioTbl[OSPrioHighRdy]指針的指向切換到期望的TCB 來(lái)完成調(diào)度。這種調(diào)度與uCOS II 的OSTCBList 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)， 其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

　　這是一個(gè)雙向線性鏈表結(jié)構(gòu)， 任務(wù)調(diào)度是從線性鏈表上的一個(gè)結(jié)點(diǎn)( 一個(gè)TCB 控制塊) 切換到從鏈表上的另一個(gè)結(jié)點(diǎn)， 而不同的結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)著不同的優(yōu)先級(jí)， 這樣來(lái)完成不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)調(diào)度。所以要想實(shí)現(xiàn)uCOS II 的同優(yōu)先級(jí)調(diào)度必須首先修改它的OSTCBList 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，作如圖2 所示的修改。

　　任務(wù)1 、任務(wù)2 和任務(wù)3 為不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)，任務(wù)1、任務(wù)4 和任務(wù)5 為同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)。 當(dāng)沒(méi)有比任務(wù)1更高的優(yōu)先級(jí)任務(wù)時(shí)， 每發(fā)生一次節(jié)拍中斷， 任務(wù)1 、任務(wù)4 和任務(wù)5 就依次在運(yùn)行態(tài)和就緒態(tài)切換。這里可以通過(guò)改變OSTCBPrioTbl[prio1]指向的任務(wù)TCB，也就是要修改OSSched()來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外，很容易看出同優(yōu)先級(jí)任務(wù)間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是一個(gè)循環(huán)鏈表結(jié)構(gòu)， 所以TCB 也應(yīng)相應(yīng)的擴(kuò)展兩個(gè)指針域。新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將使就緒任務(wù)的TCB 在一個(gè)循環(huán)鏈表和線性鏈表上不斷的切換。而對(duì)于等待任務(wù)的TCB ， 也將在一個(gè)循環(huán)鏈表和線性鏈表上不斷的切換。這里需要增加一個(gè)全局變量的數(shù)組OSTCBWaitTbl[OS_LOWEST_PRIO]指向相對(duì)應(yīng)優(yōu)先級(jí)的等待任務(wù)的TCB ，以便控制就緒任務(wù)進(jìn)入等待任務(wù)或等待任務(wù)進(jìn)入就緒任務(wù)時(shí)鏈表上任務(wù)TCB 的插入和刪除。

　　2 對(duì)uCOS II的擴(kuò)展及相關(guān)函數(shù)的修改
   
　　首先擴(kuò)展TCB 的指針域， 定義新的TCB 為：

　　typedef struct os_tcb
　　{……
　　#if OS_TASK_PrioEqu_EN
　　struct OS_TCB *prioequNext;
　　struct OS_TCB*prioequPrev;
　　#endif
　　……}OS_TCB
　　增加的全局變量的數(shù)組定義為：
　　#if OS_TASK_PrioEqu_EN
　　OS_EXT OS_TCB OSTCBWaitTbl[OS_LOWEST_PRIO]
　　#endif
　　對(duì)OSTCBList 操作的每個(gè)相關(guān)函數(shù)都要修改， 主要修改以下方面的內(nèi)容。
　　① 對(duì)于鏈表數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)， 有以下幾點(diǎn)。

　　鏈表的初始化及頭結(jié)點(diǎn)。與OSTaskCreatExt()函數(shù)中的OSTCBInit()相關(guān)，需要完成同任務(wù)TCB 構(gòu)成的循環(huán)鏈表及不同任務(wù)TCB 構(gòu)成的線性鏈表。

　　鏈表結(jié)點(diǎn)的插入和刪除，與任務(wù)的狀態(tài)變化有關(guān)。當(dāng)任務(wù)由就緒態(tài)進(jìn)入等待狀態(tài)或者由等待狀態(tài)進(jìn)入就緒態(tài)時(shí)， 任務(wù)TCB 需要添加到相應(yīng)的鏈表中或從對(duì)應(yīng)的鏈表中刪除。這些函數(shù)與任務(wù)由就緒態(tài)進(jìn)入等待狀態(tài)或者由等待狀態(tài)進(jìn)入就緒態(tài)相關(guān)，有OSEventTaskWait()，OSEventTo()，OSTaskRdy()，OSTaskDel()以及OSTaskChangePrio()。

　　② 對(duì)同優(yōu)先級(jí)任務(wù)調(diào)度時(shí)，由OSTCBPrioTbl[prio]指針的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)TCB 的切換，這里是對(duì)循環(huán)鏈表的操作，可以修改OSSched()實(shí)現(xiàn)。

　　③ 由時(shí)間延時(shí)滿引起的超時(shí)，使等待的任務(wù)進(jìn)入就緒態(tài)， 這一方面是對(duì)鏈表結(jié)點(diǎn)的插入和刪除， 另外還是對(duì)任務(wù)延時(shí)的控制，需要修改OSTimeDly()和OSTimeTick()。
   
　　對(duì)這幾個(gè)函數(shù)修改需要注意的是， 當(dāng)要對(duì)某個(gè)優(yōu)先級(jí)的循環(huán)鏈表插入結(jié)點(diǎn)前或刪除結(jié)點(diǎn)后對(duì)應(yīng)的TCB 為空時(shí)， 需要對(duì)就緒列表或等待列表相應(yīng)的位置位或清零。

　　3 解決優(yōu)先級(jí)反轉(zhuǎn)的方法
   
　　任務(wù)對(duì)共享資源的占有和釋放是通過(guò)對(duì)信號(hào)量的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

　　voidTask()
　　{……
　　OSSemPend();//等待信號(hào)量
　　共享資源；
　　OSSemPost();//釋放信號(hào)量
　　……
　　}
   
　　那么，如何提升優(yōu)先級(jí)低但占有資源的任務(wù)至申請(qǐng)?jiān)撡Y源的高優(yōu)先級(jí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，直到低優(yōu)先級(jí)的任務(wù)釋放該資源，恢復(fù)低優(yōu)先級(jí)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，高優(yōu)先級(jí)的任務(wù)才占有該資源。首先這里需要改變?nèi)蝿?wù)優(yōu)先級(jí)， 改變的優(yōu)先級(jí)分別是提升優(yōu)先級(jí)到高優(yōu)先級(jí)和恢復(fù)任務(wù)到低優(yōu)先級(jí)。顯然，需要存儲(chǔ)將要改變結(jié)果的優(yōu)先級(jí)數(shù)，可以通過(guò)擴(kuò)展OS_Event 來(lái)實(shí)現(xiàn)。

　　typestruct{
　　void *OSEventPtr;
　　……
　　int8u prio;}OS_Event
　　然后分別修改OSSemPend()和OSSemPost()。
　　void OSSemPend()
　　{……
　　if(pevent->OSEventCnt>0)
　　{pevebt->OSEventCnt--;
　　#if OS_TASK_PrioEqu_EN
　　if(pevent->OSEventCnt<1)
　　{pevent->prio=OSTCBCur->prio;}
　　//當(dāng)資源恰好分配完時(shí)，記下當(dāng)前任務(wù)優(yōu)先級(jí)
　　#endif
　　OS_EXIT_CRITICAL();
　　*err=OS_NO_ERR;}
　　#if OS_TASK_PrioEqu_EN
　　elseif
　　{OSTaskChangePrio(pevent->prio,OSTCBCUR->prio);}
　　//當(dāng)任務(wù)等待分配資源時(shí)提升占有資源任務(wù)的優(yōu)先級(jí)
　　#endif
　　……
　　}
　　int8u OSSemPost()
　　{……
　　if(pevent->OSEventCnt<65535)
　　{pevent->OSEventCnt++;
　　#if OS_TASK_PrioEqu_EN
　　if(pevent->OSEventCnt<2)
　　OSTaskChangePrio(OSTCBCur->prio,pevent->prio);}
　　//當(dāng)任務(wù)釋放臨界資源時(shí)恢復(fù)一個(gè)任務(wù)的優(yōu)先級(jí)
　　#endif
　　OS_EXIT_CRITICAL();
　　return(OS_M_ERR);
　　……}
   
　　通過(guò)對(duì)這幾個(gè)函數(shù)的修改， 實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先級(jí)的繼承，解決了優(yōu)先級(jí)的反轉(zhuǎn)。問(wèn)題的關(guān)鍵是對(duì)同優(yōu)先級(jí)調(diào)度的支持和對(duì)資源分配的申請(qǐng)與釋放過(guò)程的約定。

　　結(jié)語(yǔ)
   
　　uCOS II 是一個(gè)良好的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。隨著更多的人使用和不斷的改進(jìn)， 將會(huì)有更好的應(yīng)用前景。