[發明專利]基于uC/OS-II的硬件任務管理器

有效

• 申請號: 201210399253.1
• 申請日: 2012-10-19
• 公開（公告）號: CN102929714A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 姚艷松;陳靖公;雍太利;朱學海
• 申請（專利權）人: 國電南京自動化股份有限公司
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明涉及一種硬件任務管理器，屬于嵌入式操作系統技術領域。

背景技術

uC/OS-II是一種應用廣泛的嵌入式實時操作系統，它采用基于優先級的可剝奪內核，體積小巧，運行效率高。通過進一步研究發現，uC/OS-II內部核心的任務管理系統還有改善的空間。

通過分析uC/OS-II內核源碼可發現，當時鐘中斷到來時，內核需要調用OSTimeTick()函數，進行任務掃描管理，主要過程如下：

1.關閉中斷；

2.如果任務處于阻塞態或延時態，將其延時計數器減1，如果延時計數器為0，則任務進入運行態；

3.開啟中斷。

每次調度時鐘中斷到來，內核需要處理64個任務信息，進行64次中斷關斷開啟操作，進行大量的任務狀態判斷，占用了大量CPU時間，需要數千個CPU處理周期。根據任務數和任務狀態不同，處理時間也不一樣，開啟的任務數量越多，消耗CPU時間也越多，這也增加了內核執行時間的不確定性。

uC/OS-II的任務優先級排序設計的非常精巧，采用一個8x8任務就緒表實現，每次通過查詢就緒表就可以快速找到正在運行的優先級最高的任務，比輪詢操作更方便快捷，但依然需要十幾個CPU處理時間，有改善的空間。

綜上所述，uC/OS-II為了通用性，采用了精巧的任務管理方式，對于特定的使用環境，可以對內核進行修改，以減小內核處理時間，增加內核調度時間確定性，實現更高的性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是對嵌入式操作系統內核進行改進，以減小內核處理時間，增加內核調度時間確定性，實現更高的性能。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于uC/OS-II的硬件任務管理器，嵌入式操作系統包括CPU和FPGA，CPU與FPGA以總線方式相連，CPU通過地址空間訪問FPGA的寄存器接口，控制硬件任務管理器，其特征在于：在FPGA端設置有硬件任務管理器，硬件任務管理器包括全局管理模塊和任務管理模塊，所述全局管理模塊包括當前最高優先級任務ID寄存器和時鐘脈沖寄存器，所述任務管理模塊有64個，每個uC/OS-II任務對應一個任務管理模塊，每個任務管理模塊包含任務狀態寄存器、阻塞狀態寄存器、阻塞超時結果寄存器和延時計數寄存器,

當前優先級最高任務ID寄存器：讀取當前優先級最高任務ID寄存器可得到當前最高任務的ID，最高任務的ID是由各任務狀態同步編碼得到；

時鐘脈沖寄存器：時鐘脈沖寄存器用于管理各任務狀態，通知任務管理模塊有時鐘到來；

任務狀態寄存器：任務狀態寄存器如果是0，表明任務狀態是掛起態，否則是運行態，CPU直接設置該寄存器，如果延時計數寄存器由1變為0，任務狀態寄存器置為1，表明任務由掛起態進入運行態；

阻塞狀態寄存器：阻塞狀態寄存器為0表明任務進入運行態或延時態，為1為阻塞態，表明任務正在等待信號量或者消息隊列，如果延時計數寄存器由1變為0，阻塞狀態寄存器置為0，表明任務由阻塞態進入運行態；

阻塞超時結果寄存器：如果延時計數寄存器由1變為0，且阻塞狀態寄存器為1，則阻塞超時結果寄存器置為1，表明阻塞超時，否則為0；

延時計數寄存器：通過設置延時計數寄存器，可以在任務延時態時指定任務延時時間，在任務阻塞態時設置任務阻塞等待時間，如果延時計數寄存器不為0，當CPU向時鐘脈沖寄存器寫1時，該寄存器值自動減1。

本發明所達到的有益效果：本發明充分利用FPGA的并行優勢，當時鐘中斷到來時，只需要CPU向時鐘脈沖寄存器寫1，即可完成所有任務運行狀態管理，然后可以立即獲取當前最高優先級任務的ID，將需要耗費CPU數百甚至數千處理周期降低到只需要2個處理周期，與操作系統負載輕重無關，極大提高了操作系統的實時性。

附圖說明

圖1為本發明CPU與FPGA的連接示意圖。

具體實施方式

本發明通過分析uC/OS-II內核，提出了一種硬件任務管理器，以加快內核運行速度。目前大多嵌入式操作系統采用了CPU+FPGA模式，在FPGA端可以方便的實現uC/OS-II任務管理器功能。CPU與FPGA以總線方式相連，CPU通過地址空間訪問FPGA的寄存器接口，控制硬件任務管理器，如圖1所示。