[发明专利]基于Forth虚拟机的任务调度方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于Forth虚拟机的任务调度及装置，属计算机操作系统技术领域。

背景技术

Forth语言本身就是一种过程控制语言和一种快速开发环境，而不仅仅是一个单纯的编程工具，具有很强的交互性、重构性、移植性和自扩展能力，以及高效的生成代码，甚至可以快速构造出一个实时多任务操作系统。

一直以来，基于Forth虚拟机(FVM)的嵌入式多任务操作系统(FVMOS)究竟采用何种多任务调度策略始终是Forth界长期争论的焦点，以至于在先后形成的FIG-Forth、Forth-79、Forth-83、ANSI X3.215-1994、ISO/IEC 15145:1997、Forth-2012等标准中均未出现相关的内容。与直接基于CPU处理器架构的多任务操作系统不同，FVMOS的实现有其独特性，若引入抢占式调度，势必会破坏虚拟机的硬件抽象，从而散失固有的重构、扩展、移植等特性。按照以往的方式，若采用抢占式调度，同时具备并发(终端和后台)、定时和中断三种任务类型，则实时性的保证是以数十项复杂的CPU现场保护与恢复以及丢失重构、扩展、移植等特性为代价的。此外，如果存在终端任务，这种中断驱动的强制调度还会严重干扰和打乱Forth系统特有的在线交互过程。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种精简高效的基于Forth虚拟机架构的嵌入式任务调度方法及装置。

本发明提供一种基于Forth虚拟机任务调度方法，包括：

将当前返回栈指针，即指向PAUSE模快后的断点，压入数据栈；

将当前数据栈指针保存到当前任务的tcb[sp]；

得到下一个任务status里pass或wake对应过程的pfa，并压入返回栈；

FVM虚拟机开始跳转去执行PASS或WAKE过程；

若是pass，rp⁰和tcbⁿ仍在数据栈里。PASS模快将沿着多任务循环链表不断循环，跳过处于pass状态的任务，直到遇到wake为止；

若是wake，rp⁰和tcb^m仍在数据栈里。WAKE模快将恢复处于wake状态任务的数据栈和返回栈，并由FVM实现跳转；

当退出PAUSE模块时，FVM又开始返回到PAUSE后面的断点处开始执行。

本发明提供一种基于Forth虚拟机的任务调度装置，包括：

Flash中存放在FVM上运行可重入的Forth代码以及在其之上由高级定义组成的任务创建、任务初始化、任务激活、任务调度、任务控制等模块；

RAM中有若干与用户任务相对应的由任务控制块TCB、返回栈RS、数据栈DS等组成的用户变量区，以及文本输入缓冲区TIB、其他用户变量区和普通变量区等存储项；

在Flash的Forth字典里创建一个特殊的任务定义，初始化任务用户变量区里的TCB和堆栈区，链接任务体，启动任务调度，并可以按需要随时随停止、休眠、唤醒某个任务。

与现有技术相比，本发明提供的一种基于Forth虚拟机的任务调度方法及装置在无需状态判定的情况下，就能在预定的时刻精确调度切换每一个任务。通常，轮询调度是在TCB的status单元里保存任务的状态，每次任务调度时都去循环搜索处于wake状态的任务，而在本发明中，通过引入Forth向量字pass和wake，可以使调度过程进一步优化到省去状态比较和循环跳转。这时，TCB里的status存储的就不再是任务状态，而是可随时置换的pass或wake向量字。

与现有技术相比，本发明提供的一种基于Forth虚拟机的任务调度方法及装置任务切换定位在Forth定义之间，把调度时刻精确控制在FVM每次跳转执行下一条Forth指令时，与FVM指令周期保持同步，因此只需在保存或恢复当前数据栈指针的情况下，快速完成任务调度切换。现场保护仅需要将当前返回栈指针压入数据栈，并将当前数据栈指针保存到该任务的用户变量区里；而恢复现场仅需要从该任务的用户变量区里恢复SP，并将栈顶值存入返回栈指针。

本发明的有益效果在于能够在确保良好的重构、扩展、移植、交互等Forth系统固有特性的前提下，实现精简高效，并满足特定嵌入式应用的实时性要求。

附图说明

图1为一个实施例中基于Forth虚拟机任务调度的结构示意图。

图2为一个实施例中任务调度方法的流程图。

图3为一个实施例中PASS和WAKE模块执行过程示意图。