[发明专利]基于uC/OS-II的硬件任务管理器

说明书

技术领域

本发明涉及一种硬件任务管理器，属于嵌入式操作系统技术领域。

背景技术

uC/OS-II是一种应用广泛的嵌入式实时操作系统，它采用基于优先级的可剥夺内核，体积小巧，运行效率高。通过进一步研究发现，uC/OS-II内部核心的任务管理系统还有改善的空间。

通过分析uC/OS-II内核源码可发现，当时钟中断到来时，内核需要调用OSTimeTick()函数，进行任务扫描管理，主要过程如下：

1.关闭中断；

2.如果任务处于阻塞态或延时态，将其延时计数器减1，如果延时计数器为0，则任务进入运行态；

3.开启中断。

每次调度时钟中断到来，内核需要处理64个任务信息，进行64次中断关断开启操作，进行大量的任务状态判断，占用了大量CPU时间，需要数千个CPU处理周期。根据任务数和任务状态不同，处理时间也不一样，开启的任务数量越多，消耗CPU时间也越多，这也增加了内核执行时间的不确定性。

uC/OS-II的任务优先级排序设计的非常精巧，采用一个8x8任务就绪表实现，每次通过查询就绪表就可以快速找到正在运行的优先级最高的任务，比轮询操作更方便快捷，但依然需要十几个CPU处理时间，有改善的空间。

综上所述，uC/OS-II为了通用性，采用了精巧的任务管理方式，对于特定的使用环境，可以对内核进行修改，以减小内核处理时间，增加内核调度时间确定性，实现更高的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是对嵌入式操作系统内核进行改进，以减小内核处理时间，增加内核调度时间确定性，实现更高的性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于uC/OS-II的硬件任务管理器，嵌入式操作系统包括CPU和FPGA，CPU与FPGA以总线方式相连，CPU通过地址空间访问FPGA的寄存器接口，控制硬件任务管理器，其特征在于：在FPGA端设置有硬件任务管理器，硬件任务管理器包括全局管理模块和任务管理模块，所述全局管理模块包括当前最高优先级任务ID寄存器和时钟脉冲寄存器，所述任务管理模块有64个，每个uC/OS-II任务对应一个任务管理模块，每个任务管理模块包含任务状态寄存器、阻塞状态寄存器、阻塞超时结果寄存器和延时计数寄存器,

当前优先级最高任务ID寄存器：读取当前优先级最高任务ID寄存器可得到当前最高任务的ID，最高任务的ID是由各任务状态同步编码得到；

时钟脉冲寄存器：时钟脉冲寄存器用于管理各任务状态，通知任务管理模块有时钟到来；

任务状态寄存器：任务状态寄存器如果是0，表明任务状态是挂起态，否则是运行态，CPU直接设置该寄存器，如果延时计数寄存器由1变为0，任务状态寄存器置为1，表明任务由挂起态进入运行态；

阻塞状态寄存器：阻塞状态寄存器为0表明任务进入运行态或延时态，为1为阻塞态，表明任务正在等待信号量或者消息队列，如果延时计数寄存器由1变为0，阻塞状态寄存器置为0，表明任务由阻塞态进入运行态；

阻塞超时结果寄存器：如果延时计数寄存器由1变为0，且阻塞状态寄存器为1，则阻塞超时结果寄存器置为1，表明阻塞超时，否则为0；

延时计数寄存器：通过设置延时计数寄存器，可以在任务延时态时指定任务延时时间，在任务阻塞态时设置任务阻塞等待时间，如果延时计数寄存器不为0，当CPU向时钟脉冲寄存器写1时，该寄存器值自动减1。

本发明所达到的有益效果：本发明充分利用FPGA的并行优势，当时钟中断到来时，只需要CPU向时钟脉冲寄存器写1，即可完成所有任务运行状态管理，然后可以立即获取当前最高优先级任务的ID，将需要耗费CPU数百甚至数千处理周期降低到只需要2个处理周期，与操作系统负载轻重无关，极大提高了操作系统的实时性。

附图说明

图1为本发明CPU与FPGA的连接示意图。

具体实施方式

本发明通过分析uC/OS-II内核，提出了一种硬件任务管理器，以加快内核运行速度。目前大多嵌入式操作系统采用了CPU+FPGA模式，在FPGA端可以方便的实现uC/OS-II任务管理器功能。CPU与FPGA以总线方式相连，CPU通过地址空间访问FPGA的寄存器接口，控制硬件任务管理器，如图1所示。