μC/OS-II 是一種基于優先級的搶占式多任務實時操作系統，包含了實時內核、任務管理、時間管理、任務間通信同步（信號量，郵箱，消息 隊列）和內存管理等功能。它可以使各個任務獨立工作，互不干涉，很容易實現準時而且無誤執行，使實時應用程序的設計和擴展變得容易，使應用程序的設計過程大為減化。

1 μC／OS-II的任務調度算法分析

1.1 μC／OS-II任務就緒表的解讀

μC／OS操作系統采用優先級至上的任務調度原則，讓進入就緒態任務中優先級最高的那個任務，一進入就緒態就能立即運行。μC／OS操作系統實現了一種巧妙的查表算法，利用這種算法能快速實現任務調度原則。如何從任務就緒表中，查找優先級最高的那個任務？歸結起來：

兩個變量（OSrdyGrp、OSRdyTb1[]）和兩張表（OSMapTb1[]、OSUnMaTb1[]）。

μC／OS操作系統可支持64個任務，每個任務被賦予不同的優先級——從0級到最低優先級OS_LOWEST_PRIO，最末兩個為操作系統所用，分別為統計任務和空閑任務的優先級。μC／OS-II任務就緒表如圖1所示。判斷任務就緒同樣根據OSRdyTb1[]和OSRdyGrp兩個變量來完成：OSR-dyTb1[]按任務優先級分成8組（即每一組8個任務優先級），當任務處于就緒狀態時，對應的位為1，反之則為0；OSRdyTb1口組中任何一位為1時，對應的OSRdyGrp位置1。

圖1 μC／OS-II任務就緒表

使任務進入就緒狀態和脫離就緒狀態，都是通過OSRdyTb1[]和OSRdyGrp這兩個變量來查找OSMapTb1[]表完成的：

①進入就緒狀態。

任務優先級的低3位用于確定任務在總就緒表OSRdyTb1[]中的位置。緊接著前面的3位用于確定是OSRclyTb1[]數組的第幾個元素，兩個變量都置1。

②脫離就緒狀態。

代碼將就緒任務表數組OSRdyTb1[]中相應元素的相應位清0，而只有當這一組中的所有任務都為脫離就緒態時，OSRdyGrp變量才會為0。

1.2 高優先級任務的查找

從任務就緒表中查找最高優先級任務，即從OSRdyTb1[]變量中找到最低為1的位是第幾位（對應的就是最高優先級任務）。μC／OS-II采用查表的方式來找出處于就緒態的最高優先級任務，μC／OS-II中有一張256個單元的數據表OSUnMapTb1[]，表中按一定規律有128個O，64個1，32個2，16個3，8個4，4個5，2個6，1個7，還有1個0，共256字節。OSUnMapTb1[]的定義如下所示：

找出進入就緒態的最高優先級任務的代碼如下：

初看這張表感覺雜亂無章，實際是很有規律的。以“OSUnMapTb1[0]～OSUnMapTb1[15]：0，0，1，0，2，0，1，0，3，0，1，0，2，0，1，0，／*0x00～0x0F*／”為例說明：

其他依次類推。

下面再以一個實例進行說明：假設變量OSRdyGrp=01011000B，表示變量OSRdyTb1[3]、OSRdyTb1[4]、OSRdyTb1[6]有任務處于就緒狀態，任務調度是去查找最高優先級任務（y=OSUnMapTb1[0x58]）。由于OSRdyTb1[3]>OSRdyTb1[4]>OSRdyTb1[6]，結果y=3。如果OSRdyTb1[3]=1000 0001B，則通過查表x=OS-UnMapTb1[OSRdyTb1[3]]，即可得到x=O，表明這組數中第0位為1處于最優狀態。這樣，prio=（y《3）+x=（3《3）+0=24。再利用這個優先級的值，查找任務控制塊優先級表OSTCBPrioTb1[]，得到指向任務的任務控制塊OS_TCB。

2 Cortex-M3中μC／OS-II任務調度的硬件實現

Cortex-M3采用精簡指令集，采用Thumb-2指令，其中包括基于RTOS的硬件算法指令（CLZ），可以通過這種指令查找處于就緒態的最高優先級任務。μC／OS-II中任務的就緒態是反映在OSRdyTb1[]變量中，共計8字節（64位），對應64個任務。可以將其折分成兩個32位的數據，然后分別查找這兩個32位的數據中優先級最高的任務。先查找低32位，如果低32位中不為零，則找出其中最高優先級任務；否則查找高32位，找出其中最高優先級任務，高32位的的查找結果應加上數值32。

Cotrex-M3中通過以下兩條指令就可完成最高優先級任務的定位：RBIT和CLZ。RBIT的含義是把一個32位數據水平旋轉180°；CLZ的含義是計算前導零的個數。

假設在OSRdyTb1[]的低32位數據中，00000000000000000000000000001100B表示優先級為2的任務和優先級為3的任務處于就緒態，現在要通過指令RBIT和CLZ找出優先級為2的任務并調度運行。運行RBIT后數據變為：00110000000000000000000000000000000000。運行CLZ后計算出前導零的個數為2，表明優先級為2的任務處于最高就緒態。

μC／OS-II中的任務調度是通過查兩次表完成最高優先級任務的查找，方法如下：

上述代碼在MDK4.12軟件中測試，系統時鐘采用8 MHz，按照此方法進行任務調度可節省0.5μs，同時還減少了用來存放OSUnMapTb1[]的256字節的空間，縮短了代碼運行時間，提高了CPU的利用率。此方法在μC／OS-II的任務通信中也同樣適用。在此不再贅述。

結語

本文主要對μC／OS-II中的任務調度算法作了分析，特別闡述了OSUnMapTb1[]表是如何構成的，同時介紹了基于ARM Cortex-M3處理器平臺的μC／OS-II的任務調度硬件實現方法，簡化了μC／OS-II的代碼，提高了處理器的性能。