RTOS के बारे में पूरी सच्चाई। अनुच्छेद # 9 समयबद्धक: कार्यान्वयन

आरटीओएस योजनाकारों के काम के मूल सिद्धांतों को "कार्य और योजना" लेख में माना गया था। इस लेख में, हम उन विशेषताओं को देखेंगे जो न्यूक्लियस आरटीओएस प्रदान करता है, साथ ही साथ न्यूक्लियस एसई अधिक विस्तार से प्रदान करता है।

श्रृंखला में पिछले लेख:
अनुच्छेद # 8 न्यूक्लियस एसई: आंतरिक डिजाइन और परिनियोजन
अनुच्छेद # 7 न्यूक्लियस एसई: परिचय
अनुच्छेद # 6 अन्य RTOS सेवाएं
अनुच्छेद # ५ कार्य सहभागिता और सिंक्रनाइज़ेशन
अनुच्छेद # 4 कार्य, संदर्भ स्विचिंग, और व्यवधान
अनुच्छेद # ३ कार्य और योजना
अनुच्छेद # 2 आरटीओएस: संरचना और वास्तविक समय मोड
अनुच्छेद # 1। आरटीओएस: परिचय।

न्यूक्लियस आरटीओएस में योजना

चूंकि न्यूक्लियस आरटीओएस एक पूर्ण विकसित, अच्छी तरह से स्थापित वाणिज्यिक आरटीओएस है, हम सुरक्षित रूप से मान सकते हैं कि शेड्यूलर को इस तरह के उत्पाद की आवश्यकताओं के अनुसार विकसित किया गया था। यह जटिल और लचीला ऑपरेटिंग सिस्टम डेवलपर को लगभग किसी भी बोधगम्य वास्तविक समय प्रोग्रामिंग कार्य को हल करने के लिए क्षमताओं की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है।

शेड्यूलर असीमित संख्या में कार्यों (केवल उपलब्ध संसाधनों द्वारा सीमित) और प्राथमिकता प्रबंधन के साथ काम कर सकता है। कार्य को 0 से 255 तक प्राथमिकता दी जा सकती है, जहां 0 सर्वोच्च प्राथमिकता है, और 255 सबसे कम है। किसी कार्य की एक गतिशील प्राथमिकता होती है, अर्थात, इसे कार्य समय पर या तो कार्य द्वारा या किसी अन्य द्वारा परिवर्तित किया जा सकता है। कई कार्यों को समान प्राथमिकता स्तर सौंपा जा सकता है। एक चरम मामले में, सभी कार्यों को एक ही प्राथमिकता दी जा सकती है, जो राउंड रॉबिन और टाइम-स्लाइस के सिद्धांत पर एक नियोजन नीति को लागू करना संभव बनाता है।
यदि एक ही प्राथमिकता के साथ कई कार्य हैं, तो उन्हें उस क्रम में राउंड रॉबिन एल्गोरिथम का उपयोग करके शेड्यूल किया जाएगा, जिसमें वे तैयार किए गए थे। कार्य को नियंत्रण को रोकने या स्थानांतरित करने की आवश्यकता है ताकि अगला कार्य शुरू हो। कार्य को समय अंतराल भी सौंपा जा सकता है जो उपलब्ध प्रोसेसर समय का अधिक नियंत्रित पृथक्करण प्रदान करता है।

टास्क प्लानिंग 100% नियतात्मक है, जो एक समान कोर से अपेक्षित है। कार्य गतिशील रूप से भी बनाए जा सकते हैं और नष्ट हो सकते हैं, जो अनुसूचक के लिए धन्यवाद, उपयोगकर्ता द्वारा किसी का ध्यान नहीं जाता है।

न्यूक्लियस एसई में योजना

मैंने न्यूक्लियस एसई के सभी पहलुओं को विकसित किया है ताकि वे आमतौर पर न्यूक्लियस आरटीओएस के साथ संगत हों, लेकिन स्मृति के संदर्भ में सरल और अधिक कुशल भी हैं। अनुसूचक कोई अपवाद नहीं है। यह न्यूक्लियस आरटीओएस शेड्यूलर की कई विशेषताएं प्रदान करता है, लेकिन कुछ हद तक सीमित है। असेंबली के दौरान कॉन्फ़िगरेशन के माध्यम से लचीलापन प्राप्त किया जाता है।
एक न्यूक्लियस एसई एप्लिकेशन में अधिकतम 16 कार्य हो सकते हैं (और कम से कम एक)। यद्यपि सैद्धांतिक रूप से यह संख्या बढ़ाई जा सकती है, एल्गोरिदम की दक्षता जोखिम में होगी; डेटा संरचनाओं की एक संख्या एक निबल (चार बिट्स) में कार्य सूचकांक संख्या (0 से 15 तक) के भंडारण पर निर्भर करती है, और उन्हें संबंधित कोड के साथ एक साथ संसाधित करने की आवश्यकता होगी।

लचीलेपन और सरलता (और आकार) के बीच संतुलन हासिल करने के लिए, कई क्षमताओं के साथ एक अनुसूचक होने के बजाय, न्यूक्लियस एसई चुनने के लिए चार प्रकार के अनुसूचियों में से एक प्रदान करता है: रन टू कंपोनेंट (आरटीसी), राउंड रॉबिन (आरआर), टाइम-स्लाइस ( टीएस) और प्राथमिकता। शेड्यूलर को असेंबली के समय स्टेटिक रूप से चुना जाता है। प्रत्येक प्रकार के अनुसूचक पर विवरण "अनुसूचक के प्रकार" अनुभाग में नीचे वर्णित हैं।

न्यूक्लियस एसई के किसी भी अन्य पहलू की तरह, कार्य स्थिर वस्तु हैं। उन्हें कॉन्फ़िगरेशन के दौरान निर्धारित किया जाता है, और उनकी प्राथमिकता (सूचकांक) को बदला नहीं जा सकता है।

न्यूक्लियस एसई प्लानर्स

जैसा कि ऊपर कहा गया है, न्यूक्लियस एसई चुनने के लिए चार प्रकार के अनुसूचियों में से एक प्रदान करता है। न्यूक्लियस एसई कॉन्फ़िगरेशन के अधिकांश पहलुओं की तरह, यह विकल्प nuse_config.h में प्रविष्टि द्वारा निर्धारित किया जाता है, NUSE_SCHEDULER_TYPE पैरामीटर को तदनुसार सेट किया जाना चाहिए, जैसा कि कॉन्फ़िगरेशन फ़ाइल से इस टुकड़े में दिखाया गया है:

इसके बावजूद कि किस शेड्यूलर को चुना गया है, सिस्टम शुरू होने के तुरंत बाद इसका स्टार्टअप कोड कहा जाता है। न्यूक्लियस एसई को शुरू करने की पूरी जानकारी अगले लेख में प्रस्तुत की जाएगी।

पूर्ण शेड्यूलर पर चलाएँ

आरटीसी शेड्यूलर सबसे आसान और सबसे उपयुक्त समाधान है यदि यह एप्लिकेशन की आवश्यकताओं को पूरा करता है। प्रत्येक कार्य को रिटर्न फ़ंक्शन करने से पहले अपना काम पूरा करना चाहिए और शेड्यूलर को अगले कार्य को पूरा करने की अनुमति देनी चाहिए।

प्रत्येक कार्य के लिए अलग स्टैक की आवश्यकता नहीं है। सभी कोड सी में लिखे गए हैं, विधानसभा भाषा की आवश्यकता नहीं है। नीचे संपूर्ण RTC अनुसूचक कोड है।

कोड सिर्फ एक अंतहीन लूप है जो प्रत्येक कार्य को लागू करता है। NUSE_Task_Start_Address [] सरणी में प्रत्येक कार्य के बाहरी फ़ंक्शन में संकेत होते हैं। PF0 मैक्रो एक शून्य पॉइंटर को पॉइंटर पॉइंटर का एक सरल रूपांतरण है, जिसमें कोई भी पैरामीटर नहीं है। यह कोड की पठनीयता सुनिश्चित करने के लिए बनाया गया है।
सशर्त संकलन का उपयोग अतिरिक्त कार्यों के लिए समर्थन को सक्षम करने के लिए किया जाता है: NUSE_SUSPEND_ENABLE निर्धारित करता है कि क्या कार्यों को निलंबित किया जा सकता है; NUSE_SCHEDULE_COUNT_SUPPORT यह निर्धारित करती है कि कोई कार्य निर्धारित होने पर हर बार काउंटर वैल्यू की आवश्यकता है या नहीं। इस पर अधिक जानकारी अगले लेख में मिल सकती है।

शेड्यूलर राउंड रॉबिन

यदि आरटीसी अनुसूचक द्वारा प्रदान किए जाने की तुलना में थोड़ा अधिक लचीलापन आवश्यक है, तो आरआर अनुसूचक उपयुक्त है। यह कार्य को नियंत्रण या ठहराव स्थानांतरित करने की अनुमति देता है, और फिर उसी बिंदु से जारी रहता है। अतिरिक्त ओवरहेड, कोड जटिलता और गैर-पोर्टेबिलिटी के अलावा, यह है कि प्रत्येक कार्य के लिए अपने स्वयं के स्टैक की आवश्यकता होती है।
शेड्यूलर कोड में दो भाग होते हैं। प्रक्षेपण घटक इस प्रकार है:

यदि कार्य की प्रारंभिक स्थिति के लिए समर्थन सक्षम है ( NUSE_INITIAL_TASK_STATE_SUPPOR टी पैरामीटर का उपयोग करके, अगले लेख में "पैरामीटर" देखें), योजना पहले समाप्त कार्य से शुरू होती है; अन्यथा, 0 के साथ एक कार्य का उपयोग किया जाता है। इस कार्य का संदर्भ NUSE_Context_Load () का उपयोग करके लोड किया जाता है। किसी संदर्भ को सहेजने और पुनर्स्थापित करने के बारे में अधिक जानकारी के लिए, अगले लेख में "बचत संदर्भ" अनुभाग देखें।

अनुसूचक का दूसरा भाग "पुन: नियोजन" घटक है:

यह कोड तब कहा जाता है जब कार्य केंद्रीय प्रोसेसर को मुक्त करता है या रोक देता है।

कोड निम्नलिखित सूचकांक के साथ कार्य का चयन करता है और शुरू करने और NUSE_Task_Next में मान रखने के लिए, कार्य निलंबन को सक्षम किया गया है या नहीं, यह निर्धारित करता है। NUSE_CONTEXT_SWAP () मैक्रो का उपयोग तब सॉफ़्टवेयर व्यवधान का उपयोग करके संदर्भ स्विच करने के लिए किया जाता है। किसी संदर्भ को सहेजने और पुनर्स्थापित करने के बारे में अधिक जानकारी के लिए, अगले लेख में "बचत संदर्भ" अनुभाग देखें।

प्राथमिकता समयबद्धक

न्यूक्लियस एसई में प्राथमिकता शेड्यूलर, अन्य विकल्पों की तरह, काफी सरल होते हुए, आवश्यक कार्यक्षमता प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। नतीजतन, प्रत्येक कार्य की एक अद्वितीय प्राथमिकता होती है, एक प्राथमिकता स्तर के साथ कई कार्य करना असंभव है। प्राथमिकता कार्य के सूचकांक द्वारा निर्धारित की जाती है, जहां 0 सर्वोच्च प्राथमिकता स्तर है। कार्य का सूचकांक NUSE_Task_Start_Address [] सरणी में इसके स्थान से निर्धारित होता है । अगला लेख कार्यों को स्थापित करने के बारे में अधिक विस्तृत जानकारी प्रदान करेगा।

आरआर और टीएस शेड्यूलर्स की तरह, प्रायोरिटी शेड्यूलर में दो घटक होते हैं। प्राथमिकता शेड्यूलर का स्टार्टअप घटक आरआर और टीएस शेड्यूलर के समान है, जैसा कि ऊपर सचित्र है। पुनर्निर्धारण घटक थोड़ा अलग है:

कोई सशर्त कोड नहीं है जो कार्यों के निलंबन को अक्षम कर सकता है, क्योंकि यह सुविधा प्राथमिकता अनुसूचक के लिए अनिवार्य है; कोई भी विकल्प अतार्किक होगा। NUSE_Reschedule () फ़ंक्शन एक पैरामीटर को स्वीकार करता है जो "बताता है" जो कार्य अगले शेड्यूल किया जा सकता है - new_task। यह मान तब सेट किया जाता है जब पुनर्निर्धारण को लागू किया जाता है क्योंकि किसी अन्य कार्य को लागू किया जाता है। इस कार्य के सूचकांक को एक पैरामीटर के रूप में पारित किया जाता है। शेड्यूलर तब निर्धारित कर सकता है कि वर्तमान कार्य के सूचकांक (NUSE_Task_Active) के साथ new_task के मूल्य की तुलना करके संदर्भ स्विचिंग करना है या नहीं। यदि पुनर्निर्धारण एक कार्य ठहराव का परिणाम है, तो पैरामीटर NUSE_NO_TASK पर सेट किया जाएगा , और शेड्यूलर सर्वोच्च प्राथमिकता वाले कार्य की खोज करेगा।

कार्य बताता है

एक नियम के रूप में, सभी ऑपरेटिंग सिस्टमों को एक निश्चित "राज्य" में कार्यों को खोजने की अवधारणा है। विवरण RTOS के आधार पर भिन्न होता है। इस लेख में, हम देखेंगे कि न्यूक्लियस आरटीओएस और न्यूक्लियस एसई कैसे कार्य राज्यों का उपयोग करते हैं।

न्यूक्लियस आरटीओएस टास्क स्टेट्स

न्यूक्लियस आरटीओएस 5 टास्क स्टेट्स को सपोर्ट करता है।

• निष्पादन: कार्य वर्तमान में प्रोसेसर का प्रबंधन कर रहा है। जाहिर है, केवल एक कार्य इस राज्य पर कब्जा कर सकता है।
• पठनीयता: एक कार्य जो निष्पादन के लिए तैयार है (या निष्पादन को जारी रखने के लिए) योजनाकार इसे लॉन्च करने का निर्णय लेने से पहले। आमतौर पर, एक कार्य की तुलना में कम प्राथमिकता दी जाती है।
• सस्पेंशन: "सो" कार्य। यह योजना के दौरान ध्यान में नहीं लिया जाता है जब तक कि यह जागता नहीं है, और उस समय यह "तैयार" होगा और बाद में निष्पादित करना जारी रख सकता है। आमतौर पर एक कार्य "नींद" की स्थिति में होता है क्योंकि यह किसी चीज़ की प्रतीक्षा कर रहा है: जब संसाधन उपलब्ध हो जाता है, जब समय की निर्धारित अवधि समाप्त हो जाती है, या जब कोई अन्य कार्य इसे पूरा करता है।
• रद्द करें: कार्य "मारा गया।" इसे रीसेट करने तक योजना के दौरान ध्यान में नहीं रखा गया है, जिसके बाद कार्य "तैयार" या "निलंबित" हो जाएगा।
• समाप्त: कार्य पूरा हो गया है और केवल बाहरी इकाई को छोड़कर या रिटर्न स्टेटमेंट को निष्पादित करके अपने बाहरी फ़ंक्शन को बाहर कर दिया है। इसे रीसेट करने तक योजना के दौरान ध्यान में नहीं रखा गया है, जिसके बाद कार्य "तैयार" या "निलंबित" हो जाएगा।

चूंकि न्यूक्लियस आरटीओएस कार्यों सहित गतिशील निर्माण और वस्तुओं के विनाश का समर्थन करता है, इसलिए कार्य को "दूरस्थ" स्थिति में भी माना जा सकता है। हालाँकि, जैसे ही कार्य को हटा दिया जाता है, उसके सभी सिस्टम संसाधन मौजूद नहीं रहते हैं और कार्य स्वयं मौजूद नहीं रहता है, इसमें कोई स्थिति नहीं हो सकती है। कार्य कोड उपलब्ध हो सकता है, लेकिन कार्य ऑब्जेक्ट फिर से बनाया जाना चाहिए।

न्यूक्लियस एसई में टास्क बताता है

न्यूक्लियस एसई में कार्य राज्य मॉडल थोड़ा सरल है। आमतौर पर केवल 3 राज्य हैं: निष्पादन, उपलब्धता, और ठहराव। प्रत्येक कार्य की स्थिति NUSE_Task_Status [] में संग्रहीत होती है, जिसमें NUSE_READY का मान होता है , हालांकि इसमें कभी भी ऐसा मान नहीं होता है जो निष्पादन की स्थिति को दर्शाता है। यदि कार्य निलंबन सक्षम नहीं है (अगले लेख में "विकल्प देखें"), केवल दो कार्य राज्य संभव हैं, और यह सरणी अनुपस्थित है।

कई प्रकार के ठहराव कार्य हैं। यदि कोई कार्य स्वयं या किसी अन्य कार्य से स्पष्ट रूप से निलंबित है, तो इसे "शुद्ध निलंबन" कहा जाता है और इसे NUSE_PURE_SUSPEND की स्थिति से दर्शाया जाता है। यदि "स्लीप" स्थिति चालू है और कार्य एक निश्चित अवधि के लिए निलंबित है, तो यह स्थिति है
NUSE_SLEEP_SUSPEND । यदि API कॉल को अवरुद्ध करने का कार्य सक्षम है ( NUSE_BLOCKING_ENABLE के माध्यम से, अगले लेख में "पैरामीटर" देखें), संसाधन उपलब्ध होने तक कार्य को निलंबित किया जा सकता है। प्रत्येक प्रकार की वस्तु की अपनी कार्य निलंबन स्थिति है, उदाहरण के लिए, NUSE_MAILBOX_SUSPEND के रूप में । न्यूक्लियस एसई में, किसी कार्य को मेमोरी पार्टिशन, इवेंट ग्रुप, मेलबॉक्स, कतार, चैनल या सेमाफोर में लॉक किया जा सकता है।

धागे की स्थिति

कार्य व्यवहार पर चर्चा करते समय, शब्द "स्थिति" और "स्थिति" आमतौर पर काफी स्वतंत्र रूप से उपयोग किए जाते हैं। एक अतिरिक्त कारक है, जिसे सशर्त रूप से "प्रवाह की स्थिति" कहा जा सकता है। यह वैश्विक चर NUSE_Thread_State है, जिसमें कोड के निष्पादन की प्रकृति का संकेत है। यह कई एपीआई कॉल के व्यवहार पर लागू होता है। संभावित मूल्य:

• NUSE_TASK_CONTEXT - एपीआई कॉल एक कार्य से किया गया था।
• NUSE_STARTUP_CONTEXT - स्टार्टअप कोड से एपीआई कॉल किया गया था; शेड्यूलर अभी तक शुरू नहीं किया गया है।
• NUSE_NISR_CONTEXT और NUSE_MISR_CONTEXT - API कॉल इंटरप्ट हैंडलर से की गई थी। न्यूक्लियस एसई में रुकावटों पर अगले लेख में चर्चा की जाएगी।

अगला लेख न्यूक्लियस एसई में उन्नत शेड्यूलर विशेषताओं के साथ-साथ संदर्भ को बनाए रखेगा।

लेखक के बारे में: कॉलिन वाल्स तीस वर्षों से इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में काम कर रहे हैं, अपने अधिकांश समय को फर्मवेयर के लिए समर्पित करते हैं। वह अब मेंटर एंबेडेड (मेंटर ग्राफिक्स का एक प्रभाग) में एक फर्मवेयर इंजीनियर है। कॉलिन वॉल्स अक्सर सम्मेलनों और सेमिनारों में बोलते हैं, कई तकनीकी लेखों के लेखक और फर्मवेयर पर दो किताबें। ब्रिटेन में रहता है। कॉलिन के व्यावसायिक ब्लॉग , ई-मेल: colin_walls@mentor.com