嵌入式实时内核：非抢占式与抢占式调度算法解析

"本文主要介绍了嵌入式实时内核的基础知识，包括其关键设计问题、主要功能、性能指标，特别是重点讨论了调度算法——非抢占式和抢占式，并涉及了可抢占内核、内核的关中断时间以及数据结构如优先级位图算法和差分时间链等。" 在嵌入式系统中，实时内核是核心组成部分，它负责管理和调度系统资源，以确保系统的高效和可靠运行。嵌入式实时内核的关键设计问题主要包括实时性、可移植性、可裁减和可配置性、可靠性以及应用编程接口。实时性是其中至关重要的一环，它涉及到系统的确定性和响应性，即系统对外部事件的响应时间和速度。 调度算法在实现实时性中起着关键作用。非抢占式调度算法是一种简单但不那么灵活的策略，如图1所示，低优先级任务执行时，即使有高优先级任务就绪，也不会被抢占，直到低优先级任务主动释放CPU。这种方式在某些需要连续执行的任务中很有用，但可能无法满足严格的实时需求。 相比之下，抢占式调度允许高优先级任务中断并抢占正在运行的低优先级任务，从而提高系统的响应速度。如图2所示，当高优先级任务就绪时，内核会立即切换，以确保关键任务的及时执行。这种调度方式更常用于对实时性要求极高的应用，例如工业自动化或航空航天。 可抢占内核允许在任何时刻根据任务优先级进行切换，但为了保护临界区，需要在执行关键操作时关中断，防止中断服务例程破坏数据一致性。数据结构如优先级位图算法和双向链表、差分时间链用于高效地管理任务队列和优先级，帮助内核快速找到下一个要执行的任务。 在实时内核中，数据结构的选择和设计至关重要。数组作为一种基本的数据结构，通常用于存储和管理任务表、存储分配表、文件目录和设备表等信息。数组具有元素连续存储、统一数据类型和通过下标访问的特点，但在动态变化的需求面前，可能需要结合其他数据结构，如链表，以提供更大的灵活性。 理解嵌入式实时内核的基础知识，尤其是调度算法和数据结构，对于开发和优化实时系统至关重要，这将直接影响到系统的性能和可靠性。