專利名稱：基于VxWorks操作系統(tǒng)的混合任務(wù)集調(diào)度方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，涉及實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度方法，具體涉及了一種基于VxWorks的混合任務(wù)集調(diào)度方法。

背景技術(shù)：
VxWorks是美國(guó)WindRiver公司開(kāi)發(fā)的具有工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位的高性能實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，同時(shí)也是現(xiàn)今所有獨(dú)立于處理器的實(shí)時(shí)系統(tǒng)中最具特色的操作系統(tǒng)之一。
兩種經(jīng)典的調(diào)度方法為L(zhǎng)iu C L和Layland J在1973年提出的Rate-Monotonic-RM算法和Earliest Deadline First-EDF算法，參照C L Liu，J W Layland.Scheduling Algorithms for Multiprogramming in a Hard Real-TimeEnvironment[J].Journal of the Association for ComputingMachinery，1973，20(1)116～128。RM算法對(duì)CPU的利用率不高，且只適用于周期任務(wù)集。EDF算法運(yùn)行開(kāi)銷大，且對(duì)任務(wù)具有同一優(yōu)先級(jí)的情況考慮不足。所以在這兩種算法的基礎(chǔ)上，又衍生出一些針對(duì)不同系統(tǒng)的不同解決方案。其中對(duì)于包含周期和非周期任務(wù)的混合任務(wù)集的調(diào)度主要有三種方法空閑時(shí)間法、后臺(tái)執(zhí)行法和輪詢法?？臻e時(shí)間法由Robert Davis在1994年提出，參照RobertDavis.Dual Priority SehedulingAmeans of Providing Flexibility in Hard Real TimeSystems.DePartment of ComPuter Seienee，University ofYork，Tech RePYCS-230，1994101-122，該算法從周期任務(wù)調(diào)度的空隙獲得時(shí)間處理非周期任務(wù)，它不能保證非周期任務(wù)的實(shí)時(shí)性要求。后臺(tái)執(zhí)行法由J P Lehoczky等人在1987年提出，參照J(rèn) P Lehoczky，L Sha，J K Stronsnider.Enganced Aperiodic Responsiveness inHard Real Time Environments[C].InProc of the 8th IEEE Real Time SystemSymposium.San Jose，CaliforniaIEEE Compter Society Press，1987210～217，該算法對(duì)非周期任務(wù)的處理時(shí)間較少導(dǎo)致其調(diào)度性能很差。由T P Baker等人在2005年提出的輪詢法，參照T M Ghazalie，T P Baker.A periodic Servers in a DeadlineScheduling Environment[J].Journal ofReal Time Systems，2005，9(1)31-67，該算法周期性的為非周期任務(wù)提供時(shí)間片，大大優(yōu)于后臺(tái)執(zhí)行法，但是該方法的最大缺點(diǎn)是如果在為非周期任務(wù)提供的時(shí)間片內(nèi)沒(méi)有非周期任務(wù)執(zhí)行時(shí)，則該時(shí)間片將被浪費(fèi)，降低了CPU的利用率。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有調(diào)度方法實(shí)時(shí)性低，運(yùn)算量大，CPU利用率低的問(wèn)題，提供一種基于VxWorks操作系統(tǒng)的混合任務(wù)集調(diào)度方法，以提高CPU利用率，減小調(diào)度非周期任務(wù)時(shí)的響應(yīng)時(shí)間，提高系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括如下步驟 (1)在操作系統(tǒng)vxworks的編程環(huán)境下調(diào)用庫(kù)函數(shù)taskSpawn()創(chuàng)建混合任務(wù)集中各任務(wù)，并設(shè)定各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，該混合任務(wù)集包含若干周期任務(wù)、若干非周期任務(wù)和一個(gè)特殊周期任務(wù)，同時(shí)為特殊周期任務(wù)創(chuàng)建信號(hào)量semIdT，信號(hào)量semIdT初始值為滿； (2)對(duì)創(chuàng)建的混合任務(wù)集進(jìn)行如下可調(diào)度性判斷 2a)求出所有非周期任務(wù)的最大執(zhí)行時(shí)間和到來(lái)的最小周期； 2b)根據(jù)最大執(zhí)行時(shí)間和到來(lái)的最小周期，計(jì)算各任務(wù)的最大響應(yīng)時(shí)間 其中，i表示混合任務(wù)集中的一個(gè)任務(wù)，k表示混合任務(wù)集中周期任務(wù)的個(gè)數(shù)，tin+1和tin分別表示迭代到第n+1和第n次時(shí)的最大響應(yīng)時(shí)間，Hi表示在時(shí)間ti內(nèi)優(yōu)先級(jí)高于τi并且已就緒的周期任務(wù)集，τk為Hi中的任務(wù)，Tk和Ck分別是τk的周期和最大執(zhí)行時(shí)間，ψi表示在時(shí)間ti內(nèi)已就緒的非周期任務(wù)集，j表示混合任務(wù)集中非周期任務(wù)的個(gè)數(shù)，τj為ψi中的任務(wù)，Rj′和Cj′分別是τj的最小周期和最大執(zhí)行時(shí)間。
2c)比較各任務(wù)的最大響應(yīng)時(shí)間和任務(wù)時(shí)限 timax≤Ti(1≤i≤n) 其中，timax表示任務(wù)τi的最大響應(yīng)時(shí)間，Ti表示任務(wù)τi的時(shí)限，若系統(tǒng)中所有任務(wù)實(shí)例的最大響應(yīng)時(shí)間均小于各自的時(shí)限，則系統(tǒng)可調(diào)度，否則不可調(diào)度； 2d)若任務(wù)集不可調(diào)度，調(diào)整特殊周期任務(wù)的周期，跳回步驟2b)；若任務(wù)集可調(diào)度，在保證可調(diào)度性的條件下，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求調(diào)節(jié)特殊周期任務(wù)的周期； (3)對(duì)混合任務(wù)集中的周期任務(wù)進(jìn)行如下調(diào)度 3a)各個(gè)周期任務(wù)在每一次運(yùn)行前調(diào)用操作系統(tǒng)中vxworks的庫(kù)函數(shù)taskDelay(T)延遲一段時(shí)間，T表示任務(wù)被延遲的Tick數(shù)； 3b)根據(jù)操作系統(tǒng)VxWorks所提供的基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度算法調(diào)度所有周期任務(wù)； (4)對(duì)混合任務(wù)集中的非周期任務(wù)進(jìn)行如下調(diào)度 4a)分別為各個(gè)非周期任務(wù)創(chuàng)建信號(hào)量，初始值為空； 4b)執(zhí)行特殊周期任務(wù)，首先判斷是否滿足第一個(gè)非周期任務(wù)設(shè)定的運(yùn)行條件，若滿足，則釋放第一個(gè)非周期任務(wù)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)量使該非周期任務(wù)運(yùn)行，第一個(gè)非周期任務(wù)運(yùn)行完畢后將再次阻塞，特殊周期任務(wù)將繼續(xù)往下運(yùn)行；若不滿足，則繼續(xù)判斷下一個(gè)非周期任務(wù)的運(yùn)行條件，依次類推，直至判斷完所有的條件，然后跳回步驟3a)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn) (1)本發(fā)明由于在任務(wù)調(diào)度前先判斷了混合任務(wù)集的可調(diào)度性，從而克服了許多混合調(diào)度方法中非周期任務(wù)調(diào)度性能低的問(wèn)題，提高CPU的利用率。
(2)本發(fā)明由于在混合任務(wù)集中創(chuàng)建了一個(gè)特殊的周期任務(wù)來(lái)調(diào)度非周期任務(wù)，從而減小了調(diào)度非周期任務(wù)時(shí)的響應(yīng)時(shí)間，提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。



圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)框圖； 圖2是本發(fā)明中對(duì)混合任務(wù)集進(jìn)行可調(diào)度性判斷的流程圖； 圖3是本發(fā)明中周期任務(wù)的調(diào)度流程圖； 圖4是本發(fā)明中結(jié)合信號(hào)量機(jī)制的非周期任務(wù)調(diào)度流程圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和程序偽碼對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
在具體實(shí)施方式
中，使用到的特殊周期任務(wù)的偽碼為 void Specialtask {while(1){ taskDelay(periodT)； if(......) { semGive(semId[1])； } else semGive(semIdT)； semTake(semIdT，WAIT_FOREVER)； if(......) { semGive(semId[2])； } else semGive(semIdT)； semTake(semIdT，WAIT_FOREVER)； ......；/*other cases*/ } } 參見(jiàn)圖1，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下 步驟1，創(chuàng)建任務(wù)。
1a)在操作系統(tǒng)vxworks的編程環(huán)境下調(diào)用庫(kù)函數(shù)taskSpawn()創(chuàng)建混合任務(wù)集中各任務(wù)，并設(shè)定各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，該混合任務(wù)集包含若干周期任務(wù)、若干非周期任務(wù)和一個(gè)特殊周期任務(wù)，函數(shù)taskSpawn()的具體調(diào)用方式如下taskSpawn(″task1″，Priority，0，STACK_SIZE，(FUNCPTR)Task1，0，0，0，0，0，0，0，0，0，0) 其中，task1為任務(wù)名，Priority為該任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，STACK_SIZE為任務(wù)分配的堆棧大小，Task1為任務(wù)函數(shù)的入口地址。
對(duì)所有任務(wù)設(shè)置優(yōu)先級(jí)時(shí)包括對(duì)周期任務(wù)和非周期任務(wù)優(yōu)先級(jí)的設(shè)定，周期任務(wù)根據(jù)RM算法確定其優(yōu)先級(jí)，即周期越短，優(yōu)先級(jí)越高；非周期任務(wù)的優(yōu)先級(jí)高于混合任務(wù)集中其它所有任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，且每一個(gè)非周期任務(wù)的優(yōu)先級(jí)都相同； 1b)創(chuàng)建特殊周期任務(wù)的信號(hào)量，特殊周期任務(wù)的信號(hào)量置為滿。
步驟2，對(duì)混合任務(wù)集進(jìn)行可調(diào)度性檢測(cè)。
本步驟的具體實(shí)現(xiàn)，參照?qǐng)D2如下 2a)記錄各個(gè)非周期任務(wù)的開(kāi)始執(zhí)行的時(shí)間和執(zhí)行完成的時(shí)間，求出所有非周期任務(wù)的最大執(zhí)行時(shí)間和到來(lái)的最小周期； 2b)根據(jù)最大執(zhí)行時(shí)間和到來(lái)的最小周期，利用改進(jìn)后的時(shí)間需求法計(jì)算各任務(wù)的最大響應(yīng)時(shí)間，該時(shí)間需求法是用于確定周期任務(wù)集可調(diào)度性的方法，其基本思想是計(jì)算各周期任務(wù)實(shí)例的最大響應(yīng)時(shí)間，并與任務(wù)時(shí)限相比較，若系統(tǒng)中所有任務(wù)實(shí)例的最大響應(yīng)時(shí)間均小于各自的時(shí)限，則系統(tǒng)可調(diào)度，根據(jù)下式計(jì)算最大響應(yīng)時(shí)間 其中，tin+1和tin分別表示迭代到第n+1和第n次時(shí)的最大響應(yīng)時(shí)間，Hi表示在時(shí)間ti內(nèi)優(yōu)先級(jí)高于τi并且已就緒的周期任務(wù)集，τk為Hi中的任務(wù)，Tk和Ck分別是τk的周期和最大執(zhí)行時(shí)間，為使此方法用于本發(fā)明中混合任務(wù)集的可調(diào)度性判斷，對(duì)計(jì)算最大響應(yīng)時(shí)間的方法進(jìn)行改進(jìn) 其中，ψi表示在時(shí)間ti內(nèi)已就緒的非周期任務(wù)集，j表示混合任務(wù)集中非周期任務(wù)的個(gè)數(shù)，τj為ψi中的任務(wù)，Tj′和Cj′分別是τj的最小周期和最大執(zhí)行時(shí)間； 2c)將步驟2b)中求出的各個(gè)任務(wù)的最大響應(yīng)時(shí)間與其任務(wù)時(shí)限相比較，若所有任務(wù)的最大響應(yīng)時(shí)間均小于其任務(wù)時(shí)限，則系統(tǒng)可調(diào)度，否則系統(tǒng)不可調(diào)度； 2d)若系統(tǒng)不可調(diào)度，適當(dāng)延長(zhǎng)特殊周期任務(wù)的周期，再跳到步驟2b)進(jìn)行判斷，循環(huán)進(jìn)行，直到使得特殊周期任務(wù)找到一個(gè)合適的周期使系統(tǒng)可調(diào)度；若系統(tǒng)可調(diào)度，在保證系統(tǒng)可調(diào)度的條件下，根據(jù)實(shí)時(shí)性要求調(diào)整特殊周期任務(wù)的周期。
步驟3，對(duì)周期任務(wù)進(jìn)行調(diào)度。
本步驟的具體實(shí)現(xiàn)，參照?qǐng)D3如下 3a)遍歷已經(jīng)準(zhǔn)備就緒的周期任務(wù)隊(duì)列，執(zhí)行其中優(yōu)先級(jí)最高的周期任務(wù)； 3b)調(diào)用操作系統(tǒng)vxworks中的庫(kù)函數(shù)taskDelay(T)，使得步驟3a)中開(kāi)始執(zhí)行的周期任務(wù)延時(shí)T個(gè)ticks，判斷是否延時(shí)完畢，若延時(shí)完畢，則繼續(xù)往下執(zhí)行該周期任務(wù)；若延時(shí)沒(méi)有完畢，則跳回步驟3a)； 步驟4，對(duì)非周期任務(wù)進(jìn)行調(diào)度。
本步驟的具體實(shí)現(xiàn)，參照?qǐng)D4如下 4a)分別為各個(gè)非周期任務(wù)創(chuàng)建信號(hào)量，初始值為空； 4b)執(zhí)行特殊周期任務(wù)，判斷是否滿足第一個(gè)非周期任務(wù)設(shè)定的運(yùn)行條件，若滿足，則特殊周期任務(wù)釋放與第一個(gè)非周期任務(wù)對(duì)應(yīng)的信號(hào)量，使其由空變?yōu)闈M，第一個(gè)非周期任務(wù)獲得信號(hào)量后開(kāi)始運(yùn)行，因其優(yōu)先級(jí)最高，所以不會(huì)被任何任務(wù)搶占；若不滿足，則釋放信號(hào)量特殊任務(wù)對(duì)應(yīng)的信號(hào)量semIdT使其由空變?yōu)闈M，即信號(hào)量semIdT由不可用變?yōu)榭捎?，特殊周期任?wù)獲得信號(hào)量semIdT，同時(shí)semIdT由滿變?yōu)榭?，特殊周期任?wù)由斷點(diǎn)處繼續(xù)往下運(yùn)行； 4c)繼續(xù)按照步驟4b)的方法繼續(xù)判斷下一個(gè)非周期任務(wù)，直到判斷完第N個(gè)周期任務(wù)，然后按照步驟3調(diào)用周期任務(wù)。
權(quán)利要求
1.一種基于VxWorks操作系統(tǒng)的混合任務(wù)集調(diào)度方法，包括以下步驟
(1)在操作系統(tǒng)vxworks的編程環(huán)境下調(diào)用庫(kù)函數(shù)taskSpawn( )創(chuàng)建混合任務(wù)集中各任務(wù)，并設(shè)定各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，該混合任務(wù)集包含若干周期任務(wù)、若干非周期任務(wù)和一個(gè)特殊周期任務(wù)，同時(shí)為特殊周期任務(wù)創(chuàng)建信號(hào)量semIdT，信號(hào)量semIdT初始值為滿；
(2)對(duì)創(chuàng)建的混合任務(wù)集進(jìn)行如下可調(diào)度性判斷
2a)求出所有非周期任務(wù)的最大執(zhí)行時(shí)間和到來(lái)的最小周期；
2b)根據(jù)最大執(zhí)行時(shí)間和到來(lái)的最小周期，計(jì)算各任務(wù)的最大響應(yīng)時(shí)間
其中，i表示混合任務(wù)集中的一個(gè)任務(wù)，k表示混合任務(wù)集中周期任務(wù)的個(gè)數(shù)，tin+1和tin分別表示迭代到第n+1和第n次時(shí)的最大響應(yīng)時(shí)間，Hi表示在時(shí)間ti內(nèi)優(yōu)先級(jí)高于τi并且已就緒的周期任務(wù)集，τk為Hi中的任務(wù)，Tk和Ck分別是τk的周期和最大執(zhí)行時(shí)間，Ψi表示在時(shí)間ti內(nèi)已就緒的非周期任務(wù)集，j表示混合任務(wù)集中非周期任務(wù)的個(gè)數(shù)，τj為Ψi中的任務(wù)，T′j和C′j分別是τj的最小周期和最大執(zhí)行時(shí)間。
2c)比較各任務(wù)的最大響應(yīng)時(shí)間和任務(wù)時(shí)限
timax≤Ti(1≤i≤n)
其中，timax表示任務(wù)τi的最大響應(yīng)時(shí)間，Ti表示任務(wù)τi的時(shí)限，若系統(tǒng)中所有任務(wù)實(shí)例的最大響應(yīng)時(shí)間timax均小于各自的時(shí)限Ti，則系統(tǒng)可調(diào)度，否則不可調(diào)度；
2d)若任務(wù)集不可調(diào)度，適當(dāng)延長(zhǎng)特殊周期任務(wù)的周期，跳回步驟2b)；若任務(wù)集可調(diào)度，在保證可調(diào)度性的條件下，根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求調(diào)節(jié)特殊周期任務(wù)的周期；
(3)對(duì)混合任務(wù)集中的周期任務(wù)進(jìn)行如下調(diào)度
3a)各個(gè)周期任務(wù)在每一次運(yùn)行前調(diào)用操作系統(tǒng)中vxworks的庫(kù)函數(shù)taskDelay(T)延遲一段時(shí)間，T表示任務(wù)被延遲的Tick數(shù)；
3b)根據(jù)操作系統(tǒng)VxWorks所提供的基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度算法調(diào)度所有周期任務(wù)；
(4)對(duì)混合任務(wù)集中的非周期任務(wù)進(jìn)行如下調(diào)度
4a)分別為各個(gè)非周期任務(wù)創(chuàng)建信號(hào)量，初始值為空；
4b)執(zhí)行特殊周期任務(wù)，首先判斷是否滿足第一個(gè)非周期任務(wù)設(shè)定的運(yùn)行條件，若滿足，則釋放第一個(gè)非周期任務(wù)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)量使該非周期任務(wù)運(yùn)行，第一個(gè)非周期任務(wù)運(yùn)行完畢后將再次阻塞，特殊周期任務(wù)將繼續(xù)往下運(yùn)行；若不滿足，則繼續(xù)判斷下一個(gè)非周期任務(wù)的運(yùn)行條件，依次類推，直至判斷完所有的運(yùn)行條件，然后跳回步驟3。
2.如權(quán)利要求1所述的基于VxWorks的混合任務(wù)集調(diào)度方法，其中步驟(1)中所述的設(shè)定各任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，包括對(duì)周期任務(wù)和非周期任務(wù)優(yōu)先級(jí)的設(shè)定，周期任務(wù)的優(yōu)先級(jí)是根據(jù)Rate-monotonic-RM算法，即周期越短，優(yōu)先級(jí)越高；非周期任務(wù)的優(yōu)先級(jí)高于周期任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，且每一個(gè)非周期任務(wù)的優(yōu)先級(jí)都相同。
3.如權(quán)利要求1所述的基于VxWorks的混合任務(wù)集調(diào)度方法，其中步驟4b)中所述的當(dāng)非周期任務(wù)運(yùn)行完畢后，特殊周期任務(wù)將繼續(xù)往下運(yùn)行，是指從上次運(yùn)行的斷點(diǎn)處繼續(xù)往下運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于VxWorks操作系統(tǒng)的混合任務(wù)集調(diào)度方法，主要克服了許多混合調(diào)度方法中非周期任務(wù)實(shí)時(shí)性差，CPU利用率低的問(wèn)題。其步驟為創(chuàng)建混合任務(wù)集并創(chuàng)建一個(gè)特殊周期任務(wù)，為該特殊周期任務(wù)創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量；進(jìn)行任務(wù)調(diào)度前用改進(jìn)后的時(shí)間需求算法判斷混合任務(wù)集的可調(diào)度性；周期任務(wù)根據(jù)VxWorks所提供的基于優(yōu)先級(jí)的搶占式調(diào)度算法進(jìn)行調(diào)度；在特殊周期任務(wù)的運(yùn)行過(guò)程中依次判斷非周期任務(wù)的運(yùn)行條件，若滿足某非周期任務(wù)的運(yùn)行條件則釋放相應(yīng)信號(hào)量使該非周期任務(wù)運(yùn)行，該非周期任務(wù)運(yùn)行完畢后釋放信號(hào)量使特殊周期任務(wù)運(yùn)行。本發(fā)明提高了CPU的利用率，減小了調(diào)度非周期任務(wù)時(shí)的響應(yīng)時(shí)間，可用于對(duì)非周期任務(wù)較多的混合任務(wù)集的調(diào)度。
文檔編號(hào)G06F9/46GK101609417SQ20091002336
公開(kāi)日2009年12月23日 申請(qǐng)日期2009年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月17日
發(fā)明者征 相, 娟 萬(wàn), 湯書(shū)苑, 峰 苑, 鵬 任, 楠 趙 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)