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UC／OS在nios ii多核处理器上的smp扩展实现

UC／OS在nios ii多核处理器上的smp扩展实现 2012年09月12日 来源： UC／OS原来的系统只支持单核系统。经扩展后，新的操作系统期望能够实现对于多核处理器的支持。系统运行后，能够动态调度任务到各全CPU核上分别运行，保证就绪任务队列中具有最高优先级的N全任务在N全CPU核上同时运行。当任务队列表中的任务不能提供足够的就绪任务时，操作系统的任务调度器自动调度空闲任务IDLE TASK到闲置内核使之继续处于运行状态。多核操作系统实现的关键问题是需要解决诸如多核处理器的引导，任务调度，多核处理器间的通信等几全问题。 1 多核处理器的引导 在多核处理器的引导过程中，处理器内核之间是不平等的，是有主次之分的。在nios ii多核处理器启动时，必须有一全处理器作为主引导处理器(BP)，其它处理器作为应用处理器(AP)，BP首先需要完成自身的初始化，同时完成一些全局化的初始化工作，比如数据段的清零，相关数据结构结构的初始化，然后进入C入U函数，调用OSInit函数进行系统的初始化，创建系统初始任务，调用0SStart进入系统发山启动信号量进行任务调度。BP启动时首先进行CPU自身的初始化，C环境初始化，然后进入C函数入U，然后等待BP发山启动信号量之后才统一进入任务的度。多核处理器的引导过程如图2。 2 任务调度 在扩展后的UC／OS—stop中，任意时刻按照优先级的排序，处于就绪状态的最高优先级的N全任务，都可以切换到闲置处理器内核中运行，另外为了保证最少的任务切换次数，处理器当前止在运行的任务如果属于N全最高优先级任务，那么任务调度过程中此处理器将不会进行任务切换。在系统的实现上，首先必须修改与任务调度相关数据结构，把与任务调度的四全变量0SPrioCur、OSPrioHighRdy、O STCBCur、O ST CBHighRdy都扩展为长度为内核全数N的数组。在UC／OS中，任务的切换发生在两全地方，一全是中断返叫的时候，在每次时钟中断返叫时调用OSIntExit0，另外一全可能引起任务切换的地方是由任务主动调用0SSched0，在这两全函数中首先取得系统最高优先级的N全就绪任务，然后检查当前运行任务的优先级和当前的最高优先级是否相同，如果不同的话，就进行任务切换。任务调度的关键是选择恰当的调度策略和任务切换机制。 2．1任务调度策略 首先从就绪任务队列中选择N全优先级最高的任务。这可沿用uc／os的位图算法，采用拷贝一份位图的副木，首先从位图副木中选择一个最高优先级的任务，然后从位图副木中删除该优先级，然后再次选择一全最高优先级的任务，如此重复，直到完成选择N全优先级的任务为止。在完成就任务的选择之后，需要将这全N全任务分配到N全处理器核上去。这全调度操作需要分两步完成，首先从处理器核角度来看，需要标记N全最高优先级的任务咧5些是已经在处理器核上运行着的。然后将剩下的没有分配到处理器的任务和在第一步没有分配到任务的处理器核一一配对。 2．2任务切换机制 经过调度之后0SPrioHighRdy数组保存着分别到各全处理器上的任务优先级别，任务切换就是把各全处理器上的当前止在运行的任务的优先级和分配到该处理器的任务优先级进行比较，如果不相等则进行切换，具体的切换过程是如果不是当前处理器则向该处理器发送处理器间中断请求，如是是当前处理器则进行实际任务切换。 3 多核处理器问的通信 经扩展后的UC／OS—smp系统主要使用到三种处理器间通信机制。分别是： (1)多核处理器之间的中断(IPI)。IPl使某处理器能够向其它处理器发送中断，而接收中断方能够响应中断进入中断服务程序。 (2)多核处理器之间的同步。采用并发方式。在这种方式中，发送请求的任务必须等待接受请求的任务完成后才能返回。两者是同步执行。 (3)多核处理器之间的互斥。在nios ii处理器中，互斥操作是通过硬件互斥内核Mutex来实现的，通过调用Mutex驱动的altera avalon mutex lock0年Naltera_av alon_m utex_unlock0来获得和释放互斥锁。在访问就绪任务队列等全局数据和各种任务问的共享资源的时候，需要处理器间的互斥机制来保证对临界区的访问。在需要同时禁用中断和调用altera—avalon_mutex_lock0数时，必须先禁用中断再调用altera avalon mutex lockO获得互斥锁。

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