μC/OS優(yōu)先級調度機制在PowerPC上的優(yōu)化

2 μC/OS的任務調度實現方法

　　μC/OS和μC/OSII是為8位CPU寫的，采用8位機算法，支持64個任務。使用8個字節(jié)的OSRdyTbl全局數組，表示所有任務的就緒態(tài)信息：1為任務就緒，0為非就緒。數組第一個字節(jié)的b0位代表64個任務中優(yōu)先級最高的任務，最后一個字節(jié)的b7位代表優(yōu)先級最低的空閑任務，永遠為1。當OSRdyTbl 數組的數據不為0時（表示對應的8個任務中至少有1個進入就緒態(tài)），另一個單字節(jié)全局變量OSRdyGrp 中的相應位要置1。當任務狀態(tài)發(fā)生變化時，需更新OSRdyGrp和OSRdyTbl中對應的位。

　　尋找最高優(yōu)先級的就緒任務時，μC/OS使用了預先固化的256字節(jié)的對照表OSUnMapTbl，給出特定字節(jié)值的最低位1所在位的信息。查表算法避免了逐位檢測各優(yōu)先級位引起的執(zhí)行時間的不確定性，程序簡單，執(zhí)行速度快，與就緒任務多少和優(yōu)先級無關。

　　對于取值0～63的任務優(yōu)先級，μC/OS將其劃分成高3位的Y和低3位的X，并保存在其任務控制塊TCB的OSTCBX和OSTCBY中，其對應的OSUnMapTbl的值保存在OSTCBBitY和OSTCBBitX變量中，以提高運算速度。為了避免函數調用所帶來的額外開銷，μC/OS直接用語句實現如下的三部分功能。

① 設置任務進入就緒態(tài)

OSRdyGrp |= ptcb>OSTCBBitY;
OSRdyTbl[ptcb博OSTCBY] |= ptcb>OSTCBBitX;

② 設置任務退出就緒態(tài)。

y = OSTCBCur>OSTCBY;
OSRdyTbl[y] = ~OSTCBCur>OSTCBBitX;
if (OSRdyTbl[y] == 0) {
　　OSRdyGrp = ~OSTCBCur>OSTCBBitY;
}

③ 尋找最高優(yōu)先級的就緒態(tài)任務。以OSRdyGrp的值做偏移量，查OSUnMapTbl表，得到1個0到7的數Y，作為優(yōu)先級高3位，再根據Y的值，找出OSRdyTbl中對應的字節(jié)，并且再次查OSUnMapTbl表，得到1個0到7的數X，作為優(yōu)先級低3位的值，通過將Y左移3位再加上X的值，得到就緒任務中優(yōu)先級最高的那個。

y = OSUnMapTbl[OSRdyGrp];
OSPrioHighRdy = (INT8U)((y 3) + OSUnMapTbl[OSRdyTbl[y]]);

　　μC/OS的任務調度算法采用了以空間換時間的策略，將特定字節(jié)值的最低位1所在位的信息預先計算并保存到表中，運行時通過查表快速得到；每個任務的TCB中除了保存優(yōu)先級信息本身外，還使用額外的4個字節(jié)保存優(yōu)先級的高低3位和對應的OSUnMapTbl值，以避免運行時實時計算這幾個值所帶來的延遲。這些措施增加了系統(tǒng)ROM和RAM的開銷。

3 利用PowerPC“數出前導零數目”指令實現任務調度

　　PowerPC是Motorola 、IBM和Apple三家公司于20世紀90年代初期聯合設計的32位CPU。Freescale（其前身是Motorola半導體部）發(fā)展了針對汽車電子的MPC5xx系列單片機及后續(xù)基于e200內核的MPC5xxx系列單片機；更高端的e500、e600內核是用于通信領域的MPC6xxx、7xxx和8xxx系列。

　　下面對μC/OS任務優(yōu)先級調度算法的改進和優(yōu)化是在MPC5554單片機上實現的。

　　PowerPC處理器具有一條“數出前導零數目” 的指令cntlzw(count leading zero word)，可以以硬件指令方式實現優(yōu)先級的多任務調度算法。這條指令也可用于圖像處理和算法加密的場合。該指令數出一個32位寄存器中前置零的數目，例如，返回0表示b0不為零，即沒有前導零；返回3表示b3不為零，b3位的前面從b0到b2共有3個零；返回32表示RS寄存器中所有的位都為零。（在PowerPC架構中，最高位MSB表示為b0，低位MSB根據位寬表示為b7、b15或b31。）

　　利用這條指令，用匯編語言改寫尋找最高優(yōu)先級的就緒任務的函數，則不需要進行循環(huán)移位判斷，可以直接從64個任務中找出優(yōu)先級最高的那個任務。代碼如下：

asm INT8U FindHighestRdyTask(void){
　　lisr5,OSRdyTbl@ha//讓r5寄存器指向OSRdyTbl[]
　　orir5,r5,OSRdyTbl@l
　　lwzr3,0(r5)//將OSRdyTbl[0]的值載入r3寄存器
　　cntlzwr3,r3//計算OSRdyTbl[0]中前導零數目
　　cmpi0,0,r3,32//判斷前32個任務是否就緒
　　bne __FindEnd//如果前導零數目為32，說明前32個任務均未就緒，需要從后32個任務中尋找
　　lwzr4,4(r5)//將OSRdyTbl[1]的值載入r4寄存器
　　cntlzwr4,r4//計算OSRdyTbl[1]的前導零數目
　　addir3,r4,32//后32個任務需要加上偏移量
　　__FindEnd:
　　blr //返回值保存在r3寄存器中
}