嵌入式基础知识-系统调度

news2024/11/27 12:34:25

系统调度是操作系统重要功能，在嵌入式开发，也要了解系统调度的基本原理。对于嵌入式Linux开发，一般使用多线程和多进程开发，对于运行RTOS的嵌入式系统，一般使用多任务开发。这些线程、进程、任务的调度，有许多相似之处。

1 进程的三种状态

执行态（Run）：进程占用CPU资源，对于单核处理器，任一时刻只能有一个进行处于执行态
就绪态（Ready）：进程本身具备运行条件，但由于处理机的个数少于可运行进行从个数，暂未运行，等待处理机资源
等待态（Wait）：也称挂起态（Suspended）、阻塞态、封锁态（Blocked）、睡眠态（Sleep）。该状态时，进行不具备运行条件，即使分给它处理机也不能运行。

进程切换是指，操作系统为了控制进程的执行，必须有能力挂起正在CPU上运行的进程，并恢复以前挂起的某个进程的执行，也称为任务切换，或上下文切换。

或者说，进程切换就是从正在运行的进程中收回处理器，再使待运行的进程占用处理器。

结合上面介绍的进程三种状态，有如下分析：

AUTOSAR（Automotive Open System Architecture），中文是“汽车开放系统架构”，是一家致力于制定汽车电子软件标准的联盟.

AUTOSAR中定义的任务有两个类别：

各任务状态的特点如下：

RTOS（Real Time Operating System），实时操作系统，指当外界事件或数据产生时，能够接受并以足够快的速度予以处理，调度一切可利用的资源完成实时任务，并控制所有实时任务协调一致运行的操作系统。

RTOS属于多任务系统，与进程切换的思想类似，多个任务也会进行任务的调度与上下文切换。

任务上下文是任务控制块（TCB）的组成部分，上下文切换由RTOS内部完成，并且上下切换时间是影响RTOS性能的重要指标。

下图为FreeRTOS的任务调度示意图。

1 任务创建完成后进入就绪态，表明任务已准备就绪，随时可以运行，只等待调度器进行调度。
2 发生任务切换时，就绪列表中最高优先级的任务被执行，从而进入运行态。
3 有更高优先级任务创建或者恢复后，会发生任务调度。
4 正在运行的任务发生阻塞（挂起、延时、读信号量等待）时，该任务会从就绪列表中删除，任务状态由运行态变成阻塞态，然后发生任务切换，运行就绪列表中当前最高优先级任务。
5 阻塞的任务被恢复后（任务恢复、延时时间超时、读信号量超时或读到信号量等），此时被恢复的任务会被加入就绪列表；如果此时被恢复任务的优先级高于正在运行任务的优先级，则会发生任务切换，将该任务将再次转换任务状态，由就绪态变成运行态。
6、7、8 任务可以通过调用vTaskSuspend() API 函数都可以将处于任何状态的任务挂起，被挂起的任务得不到CPU的使用权，也不会参与调度，除非它从挂起态中解除。
9 把一个挂起状态的任务恢复的唯一途径就是调用vTaskResume() 或vTaskResumeFromISR() API 函数，如果此时被恢复任务的优先级高于正在运行任务的优先级，则会发生任务切换，将该任务将再次转换任务状态，由就绪态变成运行态。