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400行程序写一个实时操作系统（十七）：调度算法的实现

article 2025/3/6 11:31:16

前言

在上一篇博客笔者介绍了操作系统中的调度算法，调度算法的本质就是选择下一个任务。

如果读者认真看了上一篇文章的内容，那么接下来讲解的Sparrow的算法应该是非常清晰易懂的。

在实时操作系统Sparrow RTOS中，我们引入了优先级的概念，就是为了使任务的运行更加具有实时性，优先级由我们手动进行调整，往往我们希望优先级高的任务优先执行，那么，该怎么做呢？

调度算法的设计

我们使用ReadyBitTable这个uint32_T类型的变量来标识就绪的任务，只要任务是就绪态的，我们就执行 ReadyBitTable |= (1 << uxPriority)操作，这样ReadyBitTable 中为1的位就表示有就绪的任务。

那么如何得到对应的优先级数字呢？这里我们可以计算从高位到低位，离最近的1有多少个0，然后用31减去这个数目，就可以得到优先级的数字了。

在arm架构中，恰好有这么一条汇编指令clz，它可以计算从高位到低位，离最近的1之间的0的数目，正好符合我们的需求。

举例如下：

就绪表	值	clz的结果	最大优先级
ReadyBitTable	00000000000000000000000000000100	29	2
ReadyBitTable	00000000000000000000000100000011	23	8

不知道读者发现没有，其实这种方法跟上一节中所讲的RTThread的算法思想是一样的，只是我们使用clz指令代替了查表法。在FreeRTOS和RT-Thread等RTOS中,其实都有使用clz指令的方法，它们跟Sparrow的算法都大差不差。

修改程序

既然我们已经知道了思路，那么让我们开始写代码：

uint32_t ReadyBitTable = 0;//添加到合适的地方即可



__attribute__( ( always_inline ) ) static inline uint8_t FindHighestPriority( void )
{
    uint8_t TopZeroNumber;
    uint8_t temp;
    __asm volatile
            (
            "clz %0, %2\n"
            "mov %1, #31\n"
            "sub %0, %1, %0\n"
            :"=r" (TopZeroNumber),"=r"(temp)
            :"r" (ReadyBitTable)
            );
    return TopZeroNumber;
}

void vTaskSwitchContext( void )
{
    pxCurrentTCB = TcbTaskTable[ FindHighestPriority()];
}

修改xTaskCreat函数，添加一行代码：

void xTaskCreate( TaskFunction_t pxTaskCode,
                  const uint16_t usStackDepth,
                  void * const pvParameters,//You can use it for debugging
                  uint32_t uxPriority,
                  TaskHandle_t * const self )
{
    uint32_t *topStack =NULL;
    TCB_t *NewTcb = (TCB_t *)heap_malloc(sizeof(TCB_t *));
    *self = ( TCB_t *) NewTcb;

    TcbTaskTable[uxPriority] = NewTcb;//

    NewTcb->uxPriority = uxPriority;
    NewTcb->pxStack = ( uint32_t *) heap_malloc( ( ( ( size_t ) usStackDepth ) * sizeof( uint32_t * ) ) );
    topStack =  NewTcb->pxStack + (usStackDepth - (uint32_t)1) ;
    topStack = ( uint32_t *) (((uint32_t)topStack) & (~((uint32_t) aligment_byte)));
    NewTcb->pxTopOfStack = pxPortInitialiseStack(topStack,pxTaskCode,pvParameters,self);
    pxCurrentTCB = NewTcb;

    ReadyBitTable |= (1 << uxPriority); //添加这一行
}

修改空闲任务，任务内容为进入低功耗模式：

void EnterSleepMode(void)
{
    SCB->SCR &= ~SCB_SCR_SLEEPDEEP_Msk;
    __WFI();
}


//Task handle can be hide, but in order to debug, it must be created manually by the user
TaskHandle_t leisureTcb = NULL;

void leisureTask( )
{//leisureTask content can be manually modified as needed
    while (1) {
        EnterSleepMode();
    }
}

实验

验证思路

设置一个任务的优先级为最大，观察这个任务是不是一直在执行。

程序

修改任务：

//Task Area!The user must create task handle manually because of debugging and specification
TaskHandle_t tcbTask1 = NULL;
TaskHandle_t tcbTask2 = NULL;


void led_bright( )
{
    while (1) {

    }
}

void led_extinguish( )
{
    while (1) {
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_RESET);
        HAL_Delay(500);
        HAL_GPIO_WritePin(GPIOC, GPIO_PIN_13, GPIO_PIN_SET);
        HAL_Delay(500);
        switchTask();
    }
}

当然，请确保led_extinguish优先级足够大：

void APP( )
{

    xTaskCreate(    led_bright,
                    128,
                    NULL,
                    1,
                    &tcbTask1
    );

    xTaskCreate(    led_extinguish,
                    128,
                    NULL,
                    8,
                    &tcbTask2
    );
}

实验现象：

stm32f103c8t6上的led灯一直在闪烁，说明任务led_extinguish一直在执行。