STM32F407ZGT6-UCOSIII笔记7:优先级反转现象
今日通过实验展示一个优先级反转的现象：
本文学习与程序编写基于 正点原子的 STM32F1 UCOS开发手册
文章提供测试代码讲解、完整工程下载、测试效果图
本文就展示这样一个现象，程序工程没有意义，就不提供下载了，自己写写体验体验......
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优先级反转的原因：
目前各个文件任务：
优先级 ComTask >MessageTask > CalculateTask
#include "main.h"
#include "ComTask.h"
#include "MessageTask.h"
#include "CalculateTask.h"
测试结果截图：
优先级反转的原因：
我个人总结为：
高优先级的任务因为等待信号量被释放，一直处于挂起态，导致其任务优先级等效于降低了
优先级反转的后果
优先级反转是指在可剥夺内核中，当任务以独占方式使用共享资源时，出现低优先级任务先于高优先级任务运行的现象。这种现象破坏了任务执行的预期顺序，可能对实时系统造成严重后果：
- 延迟高优先级任务：高优先级任务可能因为等待低优先级任务释放信号量而被延迟执行。这可能导致系统响应时间变长，影响系统的实时性。
- 降低系统性能：优先级反转可能导致CPU资源浪费在等待任务上，而不是在执行实际的工作。这会降低系统的整体性能。
- 系统不稳定：如果优先级反转频繁发生，或者涉及的任务数量众多，可能会导致系统变得不稳定，甚至可能出现死锁或其他严重的系统问题。
实验展示优先级反转：
目前各个文件任务：
优先级 ComTask >MessageTask > CalculateTask
#include "main.h"
创建开始任务初始化每个基本任务、创建 SEM_Shared_Str 信号量：
#include "main.h" void start_task(void *p_arg);//开始任务函数 int main(void) { OS_ERR err; CPU_SR_ALLOC(); Init_ALL(); OSInit(&err); //初始化UCOSIII OS_CRITICAL_ENTER();//进入临界区 //创建开始任务 OSTaskCreate((OS_TCB * )&StartTaskTCB, //任务控制块 (CPU_CHAR * )"start task", //任务名字 (OS_TASK_PTR )start_task, //任务函数 (void * )0, //传递给任务函数的参数 (OS_PRIO )START_TASK_PRIO, //任务优先级 (CPU_STK * )&START_TASK_STK[0], //任务堆栈基地址 (CPU_STK_SIZE)START_STK_SIZE/10, //任务堆栈深度限位 (CPU_STK_SIZE)START_STK_SIZE, //任务堆栈大小 (OS_MSG_QTY )0, //任务内部消息队列能够接收的最大消息数目,为0时禁止接收消息 (OS_TICK )0, //当使能时间片轮转时的时间片长度，为0时为默认长度， (void * )0, //用户补充的存储区 (OS_OPT )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR, //任务选项 (OS_ERR * )&err); //存放该函数错误时的返回值 OS_CRITICAL_EXIT(); //退出临界区 OSStart(&err); //开启UCOSIII while(1); } //开始任务函数 void start_task(void *p_arg) { OS_ERR err; CPU_SR_ALLOC(); p_arg = p_arg; CPU_Init(); #if OS_CFG_STAT_TASK_EN > 0u OSStatTaskCPUUsageInit(&err); //统计任务 #endif #ifdef CPU_CFG_INT_DIS_MEAS_EN //如果使能了测量中断关闭时间 CPU_IntDisMeasMaxCurReset(); #endif #if OS_CFG_SCHED_ROUND_ROBIN_EN //当使用时间片轮转的时候 //使能时间片轮转调度功能,时间片长度为1个系统时钟节拍，既1*5=5ms OSSchedRoundRobinCfg(DEF_ENABLED,1,&err); #endif //初始化 OS_Timer1_Periodic 软件定时器 OSTmrCreate((OS_TMR *) &OS_Timer1_Periodic , //OS系统 软件定时器 1 周期模式 (CPU_CHAR *) "OS_Timer1_Periodic", //定时器名称 (OS_TICK ) 100, // 启动延时 为100*10 ms (OS_TICK ) 20, // 周期为 20*10 ms (OS_OPT ) OS_OPT_TMR_PERIODIC, //周期定时模式 (OS_TMR_CALLBACK_PTR ) OS_Timer1_Periodic_callback,//回调函数 (void * ) 0,//参数为0 (OS_ERR *) &err ); OS_CRITICAL_ENTER(); //进入临界区 //创建ComTask任务 OSTaskCreate((OS_TCB * )&COMTASKTaskTCB, (CPU_CHAR * )"com task", (OS_TASK_PTR )comTask, (void * )0, (OS_PRIO )COMTASK_TASK_PRIO, (CPU_STK * )&COMTASK_TASK_STK[0], (CPU_STK_SIZE)COMTASK_STK_SIZE/10, (CPU_STK_SIZE)COMTASK_STK_SIZE, (OS_MSG_QTY )0, (OS_TICK )0, //之前为0 //2个时间片 2*5ms (void * )0, (OS_OPT )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR, (OS_ERR * )&err); //创建MessageTask任务 OSTaskCreate((OS_TCB * )&MessageTaskTaskTCB, (CPU_CHAR * )"Message task", (OS_TASK_PTR )MessageTask, (void * )0, (OS_PRIO )MessageTask_TASK_PRIO, (CPU_STK * )&MessageTask_TASK_STK[0], (CPU_STK_SIZE)MessageTask_STK_SIZE/10, (CPU_STK_SIZE)MessageTask_STK_SIZE, (OS_MSG_QTY )0, (OS_TICK )0, //之前为0 //2个时间片 2*5ms (void * )0, (OS_OPT )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR, (OS_ERR * )&err); //创建CalculateTask任务 OSTaskCreate((OS_TCB * )&CalculateTaskTaskTCB, (CPU_CHAR * )"Calculate task", (OS_TASK_PTR )CalculateTask, (void * )0, (OS_PRIO )CalculateTask_TASK_PRIO, (CPU_STK * )&CalculateTask_TASK_STK[0], (CPU_STK_SIZE)CalculateTask_STK_SIZE/10, (CPU_STK_SIZE)CalculateTask_STK_SIZE, (OS_MSG_QTY )0, (OS_TICK )0, (void * )0, (OS_OPT )OS_OPT_TASK_STK_CHK|OS_OPT_TASK_STK_CLR, (OS_ERR * )&err); //创建 Shared_Str共享全局资源 的 信号量 OSSemCreate((OS_SEM *) &SEM_Shared_Str, //指向信号量 (CPU_CHAR *) "SEM_Shared_Str", //信号量名称 ( OS_SEM_CTR ) 1, //信号量值为1 (OS_ERR *) &err ); OS_TaskSuspend((OS_TCB*)&StartTaskTCB,&err); //挂起开始任务 OS_CRITICAL_EXIT(); //进入临界区 }
#include "ComTask.h"
#include "ComTask.h" /* ComTask ComTask 计数打印自己运行次数 请求发送信号量 等待800ms */ void comTask(void * p_arg) { OS_ERR err; int i=0,OSTime_tickRate; //char ComTask_str[]="ComTask_write"; p_arg = p_arg; OSTime_tickRate=OSCfg_TickRate_Hz; //获取系统节拍频率，（该宏定义在 OS_CFG_APP.H） UsartPrintf(USART1, "OSCfg_TickRate_Hz = %d Hz \r\n",OSTime_tickRate); //打印系统节拍频率 while (DEF_TRUE) { i++; UsartPrintf(USART1, "ComTask Pend SEM\r\n"); OSSemPend(&SEM_Shared_Str,0,OS_OPT_PEND_BLOCKING,0,&err);//请求信号量 UsartPrintf(USART1, "ComTask Print %d\r\n",i); OSSemPost(&SEM_Shared_Str,OS_OPT_POST_1,&err); //发送信号量 OSTimeDlyHMSM(0,0,0,800,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err); //延时800ms } }
#include "MessageTask.h"
#include "MessageTask.h" /* MessageTask 打印自己运行次数 等待500ms' */ void MessageTask (void * p_arg) { OS_ERR err; int i=0; //char MessageTask_str[]="MessageTask_write"; p_arg = p_arg; while (DEF_TRUE) { i++; UsartPrintf(USART1, "MessageTask Print %d\r\n",i); //之前这里会卡系统，因为任务栈太小 MessageTask_STK_SIZE 128 OSTimeDlyHMSM(0,0,0,500,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err); //延时500ms } }
#include "CalculateTask.h"
#include "CalculateTask.h" /* CalculateTask 打印自己运行次数 请求信号量，发起任务调度，发送信号量 模拟长时间占用信号量 然后等待1000ms */ void CalculateTask(void *p_arg) { OS_ERR err; int i=0; int times; p_arg = p_arg; while (DEF_TRUE) { i++; OSSemPend(&SEM_Shared_Str,0,OS_OPT_PEND_BLOCKING,0,&err);//请求信号量 UsartPrintf(USART1, "CalculateTask Print %d\r\n",i); for(times=0;times<20000000;times++) { OSSched();//发起任务调度 } OSSemPost(&SEM_Shared_Str,OS_OPT_POST_1,&err); //发送信号量 OSTimeDlyHMSM(0,0,0,1000,OS_OPT_TIME_HMSM_STRICT,&err); //延时1000ms } }
测试结果截图：
我们发现，由于最低优先级的任务长时间占用信号量，导致最高优先级的反而一直没法运行，而中等优先级的可以正常运行
