[发明专利]一种嵌入式操作系统的任务调度装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及嵌入式操作系统领域，确切地说，涉及一种入式操 作系统的任务调度装置及方法。

背景技术

随着多媒体、高速网络等技术的快速发展，越来越多的嵌入式系 统要求具有联网、图形等复杂功能，以提高其图形化管理、网络化协 同操作等特性；而这些发展对于嵌入式系统底层的操作系统提出了越 来越高的要求，因嵌入式操作系统(Embedded Operating System， EOS)负责嵌入系统的全部软、硬件资源的分配、调度、控制、协调 并发等活动；EOS是相对于一般操作系统而言的，它具备一般操作系 统最基本的功能，如任务调度、同步机制、中断处理、文件处理等。

一方面，目前嵌入式系统大多通过有线或无线方式与外界相连， 网络的连接性允许用户可以远程监视和控制系统，并在系统运行期间 下载新的程序与内容，这大大提高了系统的易用性和功能扩展性。然 而，这也使系统容易受到不可靠软件的影响，在基于优先级调度的多 任务嵌入式操作系统中，如果系统存在安全漏洞，恶意软件可能会将 自己配制成高优先级任务独占或超时使用处理器资源，阻止其它重要 任务的运行，从而导致整个系统的崩溃。另外，由于软件设计不当， 某些高优先级进程也可能会出现这种问题，造成该情况的直接原因是 目前嵌入式操作系统采用单级调度结构。

目前，大多数嵌入式操作系统都属于多任务操作系统，且使用优 先级单级调度算法调度任务，如图1所示，所有任务直接由系统调度 器调度，共享处理器的计算能力，假设由于设计错误或安全漏洞导致 某任务长期独占或超时使用处理器，将会阻止或延迟其他任务的执行， 进而可能导致整个系统崩溃。比如最高优先级任务1独占处理器时， 只要它不释放处理器，其余n-1个低优先级任务将永远的不到执行机 会。

另一方面，随着嵌入式系统应用向着高性能、网络化、智能化方 向的不断深入发展，开放式混合实时需求也变得越来越突出。很多嵌 入式系统不仅要求多类型的硬实时、软实时和非实时任务并存，还要 求任务能够动态加入和退出，以及任务的执行时间具有时变特征。比 如多媒体系统要求稳定周期的帧处理和显示，而帧信息的处理计算时 间又随着影片的不同而动态地变化；网络服务系统需要针对不同类别 的用户、不同服务请求的特性提供不同实时Qos保证的服务，且服务 请求负载呈现动态不确定性变化等。然而，传统的基于单级调度策略 架构的实时操作系统无法满足这些多类型任务并发、系统负载动态变 化等开放混合实时系统任务调度的需求。

针对目前嵌入式实时操作系统所面临的挑战，国内外研究人员已 经开始研究新的、安全的、高效的开放式混合任务调度机制。专利号 为US2006206887的美国发明专利“Adaptive partitioning for operating system”揭示了一种基于优先级的自适应分区调度装置， 该装置可以生成多个自适应分区，其中这些自适应分区的每个都与一 个或多个软件线程相关，并且，每一个分区都具有相应的处理器预算。 在系统运行期间，如果高优先级任务耗尽了所属分区的处理器预算， 则停止执行，释放处理器等待下一个系统调度周期。通过这种自适应 分区调度策略，系统为各级优先级的任务提供公平共享的执行时间保 证，防止了高优先级任务独占处理器，使低优先级任务也有机会运行。 然而，该专利调度方法和调度对象单一，只能对同种类型的静态优先 级任务进行全局调度，而且在系统运行期间不能动态加入和退出任 务，无法满足开放式混合实时系统中多类型任务并发，系统动态变化 的需求。

专利号为US2006206881的美国专利“Processs cheduler employing adaptive partitioning of critical process threads” 和专利号为CN200610064818的中国专利“采用进程线程的自适应分 区的进程调度程序”则在US2006206887的基础上通过设置临界时间 预算来保证一些关键临界任务的执行，但它们依然没有能够解决专利 US2006206887存在的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种嵌入式操作系统的任务 调度装置及方法，本发明克服了当前嵌入式操作系统中调度机制存在 的只能对同种类型的静态优先级任务进行全局调度的缺陷，并且解决 了系统运行期间不能动态加入和退出任务的问题。