微型搶占式多任務實時內核設計
摘要：介紹引入事件驅動觀念的搶占式多任務微型實時內核——MicroStar的設計與實現(xiàn)；提出基于事件的優(yōu)先級這一新概念。關鍵詞：事件驅動 優(yōu)先級 任務管理 消息 信號 同步
市面上有很多優(yōu)秀的嵌入式實時操作系統(tǒng)（RTOS），但在中低端微控制器（MCU）上運行性能良好的RTOS內核并不多。在高檔機下，功能強大、運行極好的嵌入式實時操作系統(tǒng)，移植到中低端機上時性能很可能大幅度下降。一個很重要的原因就是它的大部分功能對中低檔系統(tǒng)來說是不需要的，反而成為制約性能的累贅。中低檔微控制器與高檔機相比，一方面，尋址能力有限，處理速度慢，在相同的實時性能要求下，對內核的代碼效率的要求更為嚴格；另一方面，中低檔機完成的任務相對簡單，減少了對內核的功能需求，比如可以不需要內存管理。從嵌入式系統(tǒng)的共性來說，大多數(shù)情況下用戶程序和系統(tǒng)內核是緊密結合在一起的，運行時存儲器容量消耗、任務的數(shù)量、執(zhí)行時間和結果都是可以預計的，這可進一步縮小對內核的功能需求。
??事件驅動的觀點認為，任務應該是被動地響應外界發(fā)生的各種事件，而不是主動地去“查詢”，浪費處理器時間。采用事件驅動編程的方法，不僅提高了運行效率，而且降低了事件處理之間的耦合，使程序流程非常清晰，從而可大大提高開發(fā)效率。
??充分考慮中低端微控制器的硬件特點和嵌入式系統(tǒng)軟件的需求，引入“事件驅動”的觀念，筆者開發(fā)了一個微型的搶占式多任務RTOS內核——MicroStar。支持任務的動態(tài)創(chuàng)建、刪除、睡眠、掛起和恢復，提供消息（message）和信號（signal）兩種任務間的通信方案、完善的定時器服務和功能齊全的任務同步函數(shù)庫。限于篇幅，著重論述幾個與眾不同的設計思路和實現(xiàn)難點。
1 調度策略
1.1 基于事件的優(yōu)先級
??對內核的實時性能來說，調度策略是關鍵。好的調度策略，既要體現(xiàn)各任務因所處理的事件對實時性的不同要求而帶來的優(yōu)先級差異，又要保證一定的公平性，避免出現(xiàn)低優(yōu)先級任務長時間得不到執(zhí)行的極端情形。常用的調度策略有兩種：一種是按時間片輪轉(round robin)調度，如RTX51；另一種是嚴格按優(yōu)先級的占先式調度，如μC/OS。
??按時間片輪轉調度能很好地保證公平，但優(yōu)先級的差異是通過對處理器的占用時間的多少來體現(xiàn)的。如果各個任務都不主動放棄執(zhí)行，高優(yōu)先級的任務能夠比低優(yōu)先級任務獲得更多的處理器時間；但在嵌入式系統(tǒng)中，某個事件要求實時處理，并不意味著該處理需要較長的時間，而往往是要求盡快響應。因此，采用按時間片輪轉調度，實時
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