实时操作系统软件调度器/硬件调度器的设计与实现

3.硬件调度器模型实现

硬件调度器模型将调度的功能完全用专用的硬件IP核实现。见图3，整个系统包含图3中去除协处理器的所有部分。调度模块具有与协处理器相同的功能，但是调度模块完全由时序以及逻辑模块组成，不具有协处理器智能化的特性，其开发难度也相对较大。但是正是由于调度模块采用的时序以及逻辑模块组合的结构，其实现无需程序控制，故调度速度要高于协处理器调度模式。

整个调度模块由三部分组成，见图4：调度核、任务管理、通信接口。通信接口将CPU传送过来以及调度核的指令进行翻译转换，实现CPU与调度核之间的通信。调度核控制任务管理，将等待挂起的任务以及最高就绪态的任务号发送给任务管理器，同时与CPU交互信息，从CPU获取系统时间等各种有用信息。任务管理则负责各种任务状态的切换，将调度核发送过来的等待挂起的任务置入等待队列，而将最高优先级的任务标志为运行态，交由调度核并发送给CPU。


性能测试及结论

为了验证三种调度模型的性能，采用了如下的测试方法。应用程序由10个相同功能的任务组成，任务的序号分别为1到10，每个任务运行确定时间之后，挂起自身而运行任务号加1的任务。异步中断通过外部按键人为触发，一个始终处于挂起态的任务用于接收按键消息，并处理。按键消息处理之后，任务将自身挂起。图5为主机通过串口获取的任务切换信息，并通过matlab绘制的图形。从图可以看出，三种调度器性能由低到高分别为软件调度模型、协处理器调度模型、硬件调度模型。


结语

本文介绍了三种RTOS的调度器实现模型，软件调度模型为当前最常用的也最稳定的调度模型，其实现简单，且硬件成本低；协处理器调度模型具有较高的性能，但是由于采用协处理器的支持，无疑增加了硬件成本，RTOS的调度由协处理器完成，减轻了主CPU的负担，但是协处理器的调度过程实际上也由软件实现，其整体的调度速度不是很高，其性能提升 只是在减小主CPU的调度次数以及避免进入内核态上；硬件调度模型具有最高的效率，虽然模块开发调试复 杂繁琐，但是与协处理器调度模式相比，占用更少的硬件资源，而且效率高于协处理器方式，必将极大地提高系统性能。综上所述，三种RTOS各具有自身特点，在具体的实现过程中，需要考虑系统的特性折中选择实现方式。与当前流行的调度模式相比，硬件调度模型具有更高的性能，必将成为今后RTOS发展的一个方向。