根據(jù)μc/Os-Ⅱ就緒表算法在ARM架構上的改動
摘要： μc／Os-Ⅱ的就緒表設置,、清除,、查找算法,，是高效的,、跨平臺的程序。它使用了兩個查找數(shù)組OSMapTbl[8]和OSUnMapTbl[256],，以提高查找就緒表的速度,，盡快獲取就緒任務的最高優(yōu)先級。
Abstract：
Key words :
μc／Os-Ⅱ的就緒表設置,、清除,、查找算法，是高效的,、跨平臺的程序,。它使用了兩個查找數(shù)組OSMapTbl[8]和OSUnMapTbl[256]，以提高查找就緒表的速度,，盡快獲取就緒任務的最高優(yōu)先級,。
Cortex-M3" title="Cortex-M3">Cortex-M3是ARM公司較新的一種架構版本，主要應用在單片機領域,?；谒a(chǎn)的32位芯片日益增多；cortex-M3只支持Thumb-2指令集,，在效能和代碼密度間能取得更佳的表現(xiàn),。
1 在ARM上改動算法的因由利弊
由于就緒表操作是在關中斷狀態(tài)下運行的，其執(zhí)行影響到系統(tǒng)的中斷響應時間,，因此就緒表操作算法的效率是衡量實時操作系統(tǒng)優(yōu)劣的基準之一。
在Cortex-M3所用的指令集中,，一些指令功能不可小覷,，如前導零計數(shù)clz、字內(nèi)位反轉(zhuǎn)rbit,、位清除bic,。其中的clz和bic為μc／Os就緒表的高優(yōu)先級獲取算法指出了另一條道路。
(1)改動后的優(yōu)勢
?、俟?jié)省存儲空間,。不再使用查找數(shù)組OSMapTbl[8]和OSUnMapTbl[256]。設立這兩個數(shù)組的目的,，是為了提高查找就緒表的效率,。
②提升查找效率,。clz是單周期指令,，使用帶移位的加法指令,，大幅縮短運算時間。
?、墼黾恿?mu;c／Os-Ⅱ支持的任務數(shù)量,，從64提升到了1 024(2．84版支持的任務數(shù)量已經(jīng)到了256，不過效率有所下降),。
(2)存在的不足
?、賀ealview MDK(這里使用的是3．20版及其指令模擬器)尚不支持在C語言程序中使用Thumb-2指令內(nèi)聯(lián)匯編。使用內(nèi)嵌匯編函數(shù)時,，函數(shù)的調(diào)用(跳轉(zhuǎn)返回)降低了執(zhí)行效率,。
②C語言對clz指令的支持尚有不足,，故新算法跨平臺性差,。但鑒于ARM芯片應用廣泛，指令又被ARM9之后的芯片廣泛兼容,，所以應用空間還算廣闊,。
2 μc／Os-Ⅱ就緒表算法" title="就緒表算法">就緒表算法介紹與具體改動
μc／Os-Ⅱ就緒表是一個數(shù)組，數(shù)組元素一位的值(1或0)對應了一個任務就緒與否,，該位在數(shù)組中的位置表示任務的優(yōu)先級,。當需要調(diào)度已就緒的最高優(yōu)先級任務運行時，就在就緒表中查找該任務,。
2．1 μc／Os-Ⅱ就緒表算法簡介
一種解決方法是,，對數(shù)組各項依次判斷是否為0：若>O，進入該項查找最小權的置1位位置,；若=0,，優(yōu)先級加一個基數(shù)，查下一項,，直至查到該優(yōu)先級,。
μc／Os-Ⅱ技高一籌，設置了一個對就緒表各項判斷是否為0的變量,，稱之為就緒表組,。就緒表組一位為0或1，對應就緒表一項的值是否為0,。通過查找就緒表組最小權位的置1位位置,，就確定了對應首個>0的就緒表項的下標，從而避免了循環(huán),，大幅度提高了效率,。
2．2改動方式與源碼
clz算法接受了μc／Os-Ⅱ的思路，再通過使用clz指令來進行優(yōu)化。不同的是,，clz是從右往左查,，二進制的高權位對應高優(yōu)先級，而μc／Os-Ⅱ優(yōu)先級以值小為高,。
考慮到有時用不到很多任務,，這時用數(shù)組作就緒表不免浪費。因此當任務總數(shù)小于32時,，就用32位無符號整數(shù)變量作就緒表,。注意，此時就緒表組變量OSRdyGrp被當作就緒表使用,。
常量OS_LES_TSK表示是否使用較小任務數(shù),，0表示使用最多32個任務，1表示使用最多1 024個任務,。
常量RdySt是將32位整數(shù)的最高權位置1,，以便移位使用。
2．3 C語言實現(xiàn)
以下算法利用內(nèi)嵌clz指令的函數(shù)編寫,，實現(xiàn)了指定優(yōu)先級任務在就緒表的設置,、清除，在就緒表中查找就緒任務的最高優(yōu)先級,。
程序中的bx r14,，有些資料上要求必須寫，不過查看反匯編代碼,，編譯程序已經(jīng)給加上了,。看來是編譯程序已升級,，會不會出錯要看使用的編譯器,，建議還是按規(guī)范寫上。由于內(nèi)嵌函數(shù)調(diào)用返回耗時,，查找算法未能充分發(fā)揮,，需改進編譯后的匯編代碼以實現(xiàn)更高的效率，或使用匯編代碼重寫這部分程序,。
關鍵字：μc Os-Ⅱ 就緒表算法 ARM架構" title="ARM架構">ARM架構
2．4 THUMB-2匯編指令實現(xiàn)
用匯編語言寫程序時的技巧：在最高優(yōu)先級任務的設置、清除函數(shù)中,，C語言運算符“︱=”對等匯編指令“orr”,，“＆=～”對等匯編指令“bic。這兩條指令都可以進行預移位操作,，大幅提高執(zhí)行效率,。可以查看反匯編源碼，看C編譯器是否利用了這一便利,。
在查找函數(shù)中,，可以省去C語言程序中的內(nèi)嵌匯編調(diào)用，減少冗余指令,。示意偽代碼如下：
ldr rO,， =OsRdyGrp；加載就緒表組變量OSRdyGrp地址
可以看出,，除了數(shù)據(jù)加載指令外,，查找的核心算法僅3條指令(使用<32個任務時，僅1條指令),。不過在實際設計算法的時候,，還需要考慮指令流水線停頓，方能達到最佳的效果,。
2．5 μC／OS-Ⅱ2．84版相關源碼介紹
以下是翻譯整理后的μC／OS-Ⅱ優(yōu)先級查找算法源碼(2．84版),，較長的注釋是添加的算法說明。
clz最高優(yōu)先級查找算法,，與μC／OS-Ⅱ的新算法有所不同：返回的結果分別是8位,、16位整數(shù)。這是因為8位已經(jīng)不能表示>255的值,；過程中clz算法更多地使用16或32位整數(shù),，以充分利用芯片性能。
3 適用范圍
等待任務列表使用了與就緒表操作相似的過程,，注意要同時更改其數(shù)據(jù)類型和算法,。算法雖然是在Cortex—M3上執(zhí)行的，但適用于ARM9及其以后芯片,。支持ARM指令集的芯片,，可以在C語言中使用內(nèi)嵌匯編，不必再編寫匯編查找函數(shù),。
本文所敘述的算法適用于下述兩種情況,。
①使用μC／OS-Ⅱ系統(tǒng)：
◆要求更多的任務優(yōu)先級,；
◆要求產(chǎn)品性能優(yōu)越或是時間關鍵的應用,，想進一
步提高效率；
◆學習,、研究或希望優(yōu)化μC／OS-Ⅱ以擴展其應用范圍,。
②未使用μC／OS-Ⅱ系統(tǒng)：
◆移植改造其他操作系統(tǒng)的就緒表算法,；
◆編寫新操作系統(tǒng)或執(zhí)行調(diào)度程序,；
◆編程愛好者借鑒、改進編程方法。
結 語
Cortex-M3推出時,，筆者就認定它是單片機過渡到ARM的有力工具,，其小存儲量使得它更適合用小型實時系統(tǒng)。在學習μC／OS-Ⅱ的過程中,，發(fā)現(xiàn)其就緒表操作算法經(jīng)過改動或許更好,，于是就做了本文所述的試驗。
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