從μC／OS―II到μC／OS―III的各種改進

摘要：相比μC／OS—II，μC／OS—III做了很多改進，比如任務調度策略、時間節(jié)拍管理等，不僅消除了μC／OS—II中的一些局限，而且增加了一些全新的功能。本文首先介紹了μC／OS—II的特點與局限，然后介紹了μC／OS—III所做的各種改進。
關鍵詞：μC／OS—II；μC／OS—III；實時內核

引言
μC／OS系列內核都是源代碼開放的、可移植、可固化、可裁剪的搶占式實時多任務內核。μC／OS誕生于1992年，是針對68HC11 CPU開發(fā)的。μC／OS—II V2．0誕生于1998年，μC／OS—II V2．52誕生于2002年。針對這3個版本的實時內核，Jean J．Labrosse先生出版了3書，分別為《μC／OS The Real—Time Kernel》、《Micro C／OS—II The Real—Time kernel》和《Micro C／OS—II TheReal—Time kernel(Second Edition)》。其中，第2本和第3本書都有對應的中文譯著，第3本書比第2本書增加了約250頁新內容。μC／OS—III誕生于2009年，于2011年8月公開源碼?！?mu;C／OS—III The Real Time Kernel》--書分為兩大部分：第1部分是對μC／OS—III硬件無關軟件的描述；第2部分講述μC／OS—III在不同型號的ARMCortex—M3／4單片機評估板上應用的范例。第1部分相同，第2部分對應不同硬件，目前已經組合出版了6本書，分別對應如下：
◆Freescale公司的以Kinetis53單片機為核心，面向醫(yī)療儀器類應用的TWR—K53N512評估板；
◆NXP公司的以LPCI768(Cortex—M3核)為核心的評估板；
◆Renesas公司的以RX62N為核心的評估板；
◆Renesas公司的以帶以太網口的SH7216為核心的評估板；
◆ST公司的以STM32F107為核心的評估板；
◆TI公司的以LM3S9892為核心，面向小型機器人帶以太網口的VM—EVALBOT評估板。
μC／OS—III是針對32位CPU開發(fā)的，相比μC／OS—II做了很多改動。下面將詳細介紹μC／OS—II中的一些可以改進的地方以及μC／OS—III中的一些新特性。

1 μC／OS—Il的特點與局限
μC／OS—II主要針對8／16位CPU開發(fā)，是一個搶占式的實時多任務內核。任務調度策略是基于任務的優(yōu)先級，總是運行處于就緒態(tài)的優(yōu)先級最高的任務。在μC／OS—II中，每個任務都有一個唯一的優(yōu)先級。μC／OS—IIV2．8之前的版本最多支持64個優(yōu)先級，從V2．8開始最
多可支持255個優(yōu)先級。
μC／OS—II的核心是任務調度算法。任務調度算法的目標就是快速找出其中優(yōu)先級最高的處于就緒態(tài)的任務。為了做到這一點，μC／OS —II巧妙地采用了查表法。在查表過程中，μC／OS—II需要快速找出1個8位數的第一個非零位的位置，這是通過1個由256個元素構成的查找表OSUnMapTb1[]實現的，該查找表記錄了每一個8位數的第一個非零位的位置。通過這種巧妙的查表算法，不論有多少個任務處于就緒態(tài)，都能在很短的、確定的時間內找出其中優(yōu)先級最高的那個就緒任務。
如今，很多新的CPU都有一條計算前導零指令(CLZ)或功能類似的指令，比如32位PowerPC處理器的CLZ指令、Freescale S12X雙核微控制器中的協(xié)處理器XGATE的Bit Field Find First One指令等。對于有這類硬件指令的CPU，無需再使用μC／OS—II中的查表算法，可以利用這類指令優(yōu)化任務調度算法。
實時系統(tǒng)有2類：軟實時系統(tǒng)和硬實時系統(tǒng)。軟實時系統(tǒng)中，各任務運行得越快越好，并不限定某一任務必須在多長時間內完成。硬實時系統(tǒng)要求系統(tǒng)中的任何函數都有確定的執(zhí)行周期數，任務運行必須準時，執(zhí)行時間不因任務多少而改變。大多數實時系統(tǒng)是二者的結合。μC ／OS—II中僅有一處不滿足硬實時條件：OSTimeTiek()函數需要遍歷所有任務控制塊，執(zhí)行時間受任務數目的影響，而該函數由時鐘節(jié)拍中斷服務程序調用，因此時鐘節(jié)拍中斷服務程序的執(zhí)行時間也受任務多少影響。通過把這部分工作放到一個專門的系統(tǒng)級任務中去做，便可以解決這個問題，使其成為一個滿足硬實時條件的RTOS。對于Freeseale公司的雙核微控制器S12X，還可以通過把時鐘節(jié)拍中斷的處理交給協(xié)處理器來完成，從而實現硬實時條件，提高RTOS的實時性。