RTOS应用中的几种调度策略

Posted 2023-03-06 strongerHuang

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转自 | 麦克泰技术

从前后台架构的软件开发过渡到使用实时操作系统(RTOS)可能是一项困难的工作。但使用RTOS有许多优势，例如简化应用集成，支持任务抢占调度，当开发人员使用复杂的32位微控制器，且可以获取足够的Flash和RAM空间时，使用RTOS开始变得有意义。许多32位应用程序需要使用USB、TCP/IP和文件系统，这对于裸机应用程序的开发是非常困难的，且大多数第三方中间件被设计为与RTOS无缝集成。

在使用RTOS之前，用户可能需要深入研究RTOS的细节，我们来了解一下RTOS中常用的调度技术。

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时间片轮询调度

前后台系统实现通常基于轮询调度技术，它是一种很自然的软件编写方式，只需向超级循环中添加新代码，相当于增加了一个新的任务。

RTOS中的轮询调度策略，是允许多个任务可以分配同一个优先级别。调度程序基于时钟监控任务时间，任务处于相关优先级，按照先进先出的原则执行分配到的时间片，时间到了，即使当前任务还没有完成，任务也将CPU时间传递给下一个任务。在下一个分配到的时间段内，该任务将从它停止的位置继续执行。

常用的RTOS，如μC/OS-III(Cs/OS3)、FreeRTOS都支持时间片轮询算法。FreeRTOS中每个任务的时间片长度是固定的，为一个时间节拍；而μC/OS-III中每个任务的时间片长度可变，可在任务创建时指定。

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基于优先级的协同调度

在RTOS中，协同调度是基于优先级的非抢占调度方法。任务按优先级排序，并且是事件驱动类型的，一旦正在运行的任务完成，或者任务主动调用OS服务放弃CPU，就绪运行的优先级最高的任务才可以获得CPU使用权。

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抢占式调度

RTOS通过可抢占调度保证实时性。为了保证任务响应，在抢占调度策略中，只要一个优先级更高的任务就绪，正在运行的任务低优先级任务将被切换出来。通过抢占，正在运行的任务被迫放弃处理器，即使任务工作还没有完成。

RTOS通常可以配置为使用许多确定性调度算法，以保证满足任务截止时限。如FreeRTOS、μC/OS-III支持抢占和时间片轮询两种调度方法。

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总结

RTOS对于嵌入式软件开发人员来说是一个强大的工具。RTOS应用中，每个任务都有单独的任务控制块，其中包含堆栈、优先级和ID等参数。每个任务都可以被看作是单独的应用程序。RTOS还提供了各种各样的同步和通信工具，如信号量、互斥信号量和消息队列，简化应用的开发。

但任务切换将消耗CPU时间，即使在32位处理器上，RTOS也会造成时间损失。任务切换比中断占用更多的时间。如果是一个很小的应用程序，但需要充分利用处理器资源，在这种情况下，需仔细考虑RTOS的可行性。

每种调度算法都有其优缺点，了解RTOS常用的调度算法，可以帮助我们做出合适的选择。

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