RTOS के बारे में पूरी सच्चाई। अनुच्छेद # 10 समयबद्धक: उन्नत सुविधाएँ और संदर्भ संरक्षण

पिछले लेख में, हमने आरटीओएस द्वारा समर्थित विभिन्न प्रकार के नियोजन और न्यूक्लियस एसई में संबंधित क्षमताओं को देखा। इस लेख में, हम न्यूक्लियस एसई में अतिरिक्त नियोजन विकल्पों और संदर्भ को बचाने और बहाल करने की प्रक्रिया को देखेंगे।

श्रृंखला में पिछले लेख:
अनुच्छेद # 9 समयबद्धक: कार्यान्वयन
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।

वैकल्पिक विशेषताएं

न्यूक्लियस एसई के विकास के दौरान, मैंने अधिकतम संख्या में कार्यों को वैकल्पिक बनाया, जो स्मृति और / या समय पर बचाता है।

कार्य स्थगित करें

जैसा कि पहले शेड्यूलर में उल्लेख किया गया है: कार्यान्वयन लेख , न्यूक्लियस एसई रुके हुए कार्यों के लिए विभिन्न विकल्पों का समर्थन करता है, लेकिन यह सुविधा वैकल्पिक है और इसे nuse_config.h में NUSE_SUSPEND_ENABLE प्रतीक द्वारा शामिल किया गया है। यदि TRUE पर सेट किया जाता है, तो डेटा संरचना NUSE_Task_Status [] के रूप में परिभाषित की जाती है। इस प्रकार का निलंबन सभी कार्यों पर लागू होता है। सरणी प्रकार U8 का है , जहां 2 nibbles अलग-अलग उपयोग किए जाते हैं। निचले 4 बिट में कार्य की स्थिति होती है:
NUSE_READY, NUSE_PURE_SUSPEND , NUSE_SLEEP_SUSPEND , NUSE_MAILBOX_SUSPEND , आदि यदि किसी कार्य को API कॉल (उदाहरण के लिए, NUSE_MAILBOX_SUSPEND ) द्वारा निलंबित किया जाता है, तो उच्च 4 बिट्स में उस ऑब्जेक्ट का सूचकांक होता है, जिस पर कार्य निलंबित है। इस जानकारी का उपयोग तब किया जाता है जब संसाधन उपलब्ध हो जाता है और एपीआई को कॉल करने के लिए आपको यह पता लगाने की आवश्यकता होती है कि निलंबित किए गए कार्यों में से किस को फिर से शुरू करने की आवश्यकता है।

कार्य निलंबन करने के लिए, शेड्यूलर फ़ंक्शंस की एक जोड़ी का उपयोग किया जाता है: NUSE_Suspend_Task () और NUSE_Wake_Task () ।

NUSE_Suspend_Task () कोड इस प्रकार है:



फ़ंक्शन कार्य की नई स्थिति (सभी 8 बिट्स) को सहेजता है, जिसे सस्पेंड_कोड पैरामीटर के रूप में प्राप्त किया गया है। जब आप लॉकिंग सक्षम करते हैं (नीचे "लॉक एपीआई कॉल देखें"), तो NUSE_SUCCESS रिटर्न कोड सहेजा जाता है । अगला, NUSE_Reschedule () को अगले कार्य पर नियंत्रण स्थानांतरित करने के लिए कहा जाता है।

NUSE_Wake_Task () कोड काफी सरल है:



कार्य की स्थिति NUSE_READY पर सेट है। यदि प्राथमिकता शेड्यूलर का उपयोग नहीं किया जाता है, तो संसाधन को खाली करने का समय आने तक वर्तमान कार्य प्रोसेसर पर कब्जा करना जारी रखता है। यदि प्राथमिकता शेड्यूलर का उपयोग किया जाता है, तो NUSE_Reschedule () को कार्य सूचकांक के साथ पूर्णता के संकेत के रूप में कहा जाता है, क्योंकि कार्य की उच्च प्राथमिकता हो सकती है और उसे तुरंत निष्पादित किया जाना चाहिए।

API कॉल को लॉक करें

न्यूक्लियस आरटीओएस कई एपीआई कॉल का समर्थन करता है, जिसके साथ कोई डेवलपर संसाधनों को उपलब्ध नहीं होने पर कार्य को रोक सकता है। संसाधन फिर से उपलब्ध होने पर कार्य फिर से शुरू होगा। यह तंत्र न्यूक्लियस एसई में भी लागू होता है और कई कर्नेल ऑब्जेक्ट पर लागू होता है: किसी कार्य को मेमोरी खंड में, इवेंट समूह, मेलबॉक्स, कतार, चैनल या सेमाफोर में लॉक किया जा सकता है। लेकिन, न्यूक्लियस एसई के अधिकांश उपकरणों की तरह, यह वैकल्पिक है और इसे NUSE_BLOCKING_ENABLE प्रतीक द्वारा nuse_config.h में परिभाषित किया गया है। यदि TRUE पर सेट किया जाता है, तो NUSE_Task_Blocking_Return [] को परिभाषित किया जाता है, जिसमें प्रत्येक कार्य के लिए रिटर्न कोड होता है; यह NUSE_SUCCESS या NUSE_MAILBOX_WAS_RESET कोड हो सकता है, यह दर्शाता है कि जब कार्य बंद था, तो ऑब्जेक्ट रीसेट हो गया था। जब लॉकिंग चालू होता है, तो सशर्त संकलन का उपयोग करके एपीआई फ़ंक्शन में संबंधित कोड को शामिल किया जाता है।

शेड्यूलर काउंटर

न्यूक्लियस आरटीओएस गणना करता है कि किसी कार्य को कितनी बार शेड्यूल किया गया है और इसे अंतिम रीसेट किया गया है। यह सुविधा न्यूक्लियस एसई में भी लागू की गई है, लेकिन यह वैकल्पिक है और इसे NUSE_SCHEDULE_COUNT_SUPPORT प्रतीक द्वारा nuse_config.h में परिभाषित किया गया है। यदि TRUE पर सेट किया जाता है , तो U16 टाइप NUSE_Task_Schedule_Count [] प्रकार की एक सरणी बनाई जाती है , जो एप्लिकेशन में प्रत्येक कार्य के काउंटर को संग्रहीत करती है।

कार्य की प्रारंभिक अवस्था

जब न्यूक्लियस आरटीओएस में कोई कार्य बनता है, तो आप इसकी स्थिति का चयन कर सकते हैं: तैयार या रोका गया। न्यूक्लियस एसई में, डिफ़ॉल्ट रूप से, सभी कार्य स्टार्टअप पर तैयार हैं। NUSE_INITIAL_TASK_STATE_SUPPORT प्रतीक के साथ nuse_config.h में चयनित विकल्प आपको स्टार्टअप राज्य का चयन करने की अनुमति देता है। NUSE_Task_Initial_State [] सरणी को nuse_config.c में परिभाषित किया गया है और आवेदन में प्रत्येक कार्य के लिए NUSE_READY या NUSE_PURE_SUSPEND के आरंभ की आवश्यकता है।

बचत का प्रसंग

किसी भी प्रकार के अनुसूचक के साथ किसी कार्य के संदर्भ को बनाए रखने का विचार, आरटीसी (रन टू कंप्लीशन) को छोड़कर, लेख # 3 "टास्क और शेड्यूलिंग" में प्रस्तुत किया गया था। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, संदर्भ को बनाए रखने के कई तरीके हैं। यह देखते हुए कि न्यूक्लियस एसई 32-बिट प्रोसेसर के लिए डिज़ाइन नहीं किया गया है, मैंने संदर्भ बनाए रखने के लिए तालिकाओं का उपयोग किया, स्टैक्स का नहीं।

ADDR प्रकार का दो-आयामी सरणी NUSE_Task_Context [] [] का उपयोग अनुप्रयोग में सभी कार्यों के लिए संदर्भ को बचाने के लिए किया जाता है। पंक्तियाँ NUSE_TASK_NUMBER (अनुप्रयोग में कार्यों की संख्या) हैं, स्तंभ NUSE_REGISTERS हैं (रजिस्टर की संख्या जिन्हें सहेजने की आवश्यकता है, प्रोसेसर पर निर्भर करता है और nuse_types.h में सेट है ) ।

बेशक, संदर्भ बनाए रखना और कोड को बहाल करना प्रोसेसर पर निर्भर है। और यह एक विशिष्ट डिवाइस (और विकास पर्यावरण) से बंधा एकमात्र न्यूक्लियस एसई कोड है। मैं ColdFire प्रोसेसर के लिए सेव / रिस्टोर कोड का एक उदाहरण दूंगा। यद्यपि यह विकल्प एक पुराने प्रोसेसर के कारण अजीब लग सकता है, लेकिन इसका कोडांतरक अधिकांश आधुनिक प्रोसेसर के कोडांतरकों की तुलना में पढ़ना आसान है। अन्य प्रोसेसर के लिए संदर्भ स्विच बनाने के लिए आधार के रूप में उपयोग करने के लिए कोड काफी सरल है:



जब संदर्भ स्विचिंग की आवश्यकता होती है, तो यह कोड NUSE_Context_Swap में कहा जाता है। दो चर का उपयोग किया जाता है: NUSE_Task_Active , वर्तमान कार्य का सूचकांक, जिसका संदर्भ संरक्षित होना चाहिए; NUSE_Task_Next , उस कार्य का सूचकांक जिसका संदर्भ आप लोड करना चाहते हैं (वैश्विक डेटा अनुभाग देखें)।

संदर्भ संरक्षण प्रक्रिया निम्नानुसार काम करती है:

• रजिस्टरों ए 0 और डी 0 को अस्थायी रूप से स्टैक पर संग्रहीत किया जाता है;
• A0 को संदर्भ ब्लॉक NUSE_Task_Context [] [] के एक सरणी को इंगित करने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है;
• D0 को NUSE_Task_Active का उपयोग करके लोड किया गया है और 72 से गुणा किया गया है (ColdFire में 18 रजिस्टर हैं, जिसमें भंडारण के लिए 72 बाइट्स की आवश्यकता होती है);
• तब D0 को A0 में जोड़ा जाता है, जो अब वर्तमान कार्य के लिए एक संदर्भ ब्लॉक की ओर इशारा करता है;
• फिर रजिस्टरों को संदर्भ ब्लॉक में संग्रहीत किया जाता है; पहले A0 और D0 (स्टैक से), फिर D1-D7 और A1-A6 , फिर SR और पीसी (स्टैक से, हम जल्दी से शुरू किए गए संदर्भ स्विचिंग को देखेंगे), और अंत में स्टैक पॉइंटर को बचाया जाता है।

संदर्भ लोडिंग प्रक्रिया रिवर्स ऑर्डर में क्रियाओं का समान क्रम है:

• A0 को संदर्भ ब्लॉक NUSE_Task_Context [] [] के एक सरणी को इंगित करने के लिए कॉन्फ़िगर किया गया है;
• D0 को NUSE_Task_Active , incremented और 72 से गुणा करके प्रयोग किया जाता है;
• फिर D0 को A0 में जोड़ा जाता है, जो अब नए कार्य के लिए संदर्भ ब्लॉक की ओर इशारा करता है (चूंकि अनुक्रम को सहेजने की रिवर्स प्रक्रिया में किया जाना चाहिए, स्टैक पॉइंटर पहले आवश्यक है);
• फिर रजिस्टरों को संदर्भ ब्लॉक से बहाल किया जाता है; सबसे पहले, स्टैक पॉइंटर, फिर पीसी और एसआर स्टैक पर धकेल दिए जाते हैं, फिर D1-D7 और A1-A6 लोड किए जाते हैं, और D0 और A0 के अंत में।

संदर्भ स्विचिंग को लागू करने में कठिनाई यह है कि राज्य रजिस्टर तक पहुंच कई प्रोसेसर के लिए मुश्किल है (कोल्डफ़ेयर के लिए, यह एसआर है )। एक सामान्य समाधान रुकावट है, अर्थात, प्रोग्राम रुकावट या सशर्त शाखा रुकावट, जिसके कारण एसआर पीसी के साथ स्टैक पर लोड होता है। यह है कि न्यूक्लियस एसई कोल्डफायर पर कैसे काम करता है। मैक्रो NUSE_CONTEXT_SWAP () को nuse_types.h में सेट किया गया है , जो निम्नलिखित में से है:
asm ("ट्रैप # 0");

संदर्भ ब्लॉक के लिए प्रारंभ कोड ( NUSE_Init_Task () nuse_init.c में ) है:



यह स्टैक पॉइंटर, पीसी और एसआर का इनिशियलाइज़ेशन कैसे होता है। पहले दो के पास उपयोगकर्ता द्वारा nuse_config.c में दिए गए मान हैं । SR का मान nuse_STATUS_REGISTER चरित्र के रूप में nuse_types.h में परिभाषित किया गया है। ColdFire के लिए, यह मान 0x40002000 है ।

वैश्विक डेटा

न्यूक्लियस एसई अनुसूचक को डेटा स्टोर करने के लिए बहुत कम मेमोरी की आवश्यकता होती है, लेकिन, निश्चित रूप से, कार्यों से जुड़े डेटा संरचनाओं का उपयोग करता है, जिस पर निम्नलिखित लेखों में विस्तार से चर्चा की जाएगी।

रैम डेटा

शेड्यूलर ROM में स्थित डेटा का उपयोग नहीं करता है, और 2 से 5 वैश्विक चर रैम में रखे जाते हैं (सभी nuse_globals.c में सेट किए जाते हैं ), जिसके आधार पर शेड्यूलर का उपयोग किया जाता है:

• NUSE_Task_Active - वर्तमान कार्य के सूचकांक वाले प्रकार U8 का एक चर;
• NUSE_Task_State - प्रकार U8 का एक चर जिसमें एक मान होता है जो वर्तमान में निष्पादित कोड की स्थिति को इंगित करता है, जो एक कार्य, एक बाधा हैंडलर या एक स्टार्टअप कोड हो सकता है; संभव मान हैं: NUSE_TASK_CONTEXT , NUSE_STARTUP_CONTEXT , NUSE_NISR_CONTEXT और NUSE_MISR_CONTEXT ;
• NUSE_Task_Saved_State - एक प्रबंधित व्यवधान में NUSE_Task_State के मान की सुरक्षा के लिए इस्तेमाल किया गया U8 का एक प्रकार;
• NUSE_Task_Next - अगले कार्य के सूचकांक वाले प्रकार U8 का एक चर, जिसे RTC के साथ सभी अनुसूचियों के लिए निर्धारित किया जाना चाहिए;
• NUSE_Time_Slice_Ticks - प्रकार U16 का एक चर जिसमें समय स्लाइस का एक काउंटर होता है; केवल टीएस अनुसूचक के साथ प्रयोग किया जाता है।

समयबद्धक डेटा पदचिह्न

न्यूक्लियस एसई अनुसूचक रोम डेटा का उपयोग नहीं करता है। उपयोग किए गए अनुसूचक के आधार पर RAM डेटा की सही मात्रा भिन्न होती है:

• RTC के लिए - 2 बाइट्स ( NUSE_Task_Active और NUSE_Task_State );
• RR और प्राथमिकता के लिए - 4 बाइट्स ( NUSE_Task_Active , NUSE_Task_State , NUSE_Task_Saved_State और NUSE_Task_Next );
• TS के लिए, 6 बाइट्स ( NUSE_Task_Active , NUSE_Task_State , NUSE_Task_Saved_State , NUSE_Task_Next और NUSE_Time_Slice_Ticks )।

अन्य नियोजन तंत्रों का क्रियान्वयन

इस तथ्य के बावजूद कि न्यूक्लियस एसई 4 अनुसूचियों का विकल्प प्रदान करता है, ज्यादातर मामलों को कवर करता है, खुली वास्तुकला आपको अन्य मामलों के अवसरों को लागू करने की अनुमति देती है।

पृष्ठभूमि कार्य के साथ समय टुकड़ा करने की क्रिया

जैसा कि पहले ही लेख # 3, "कार्य और निर्धारण" में वर्णित है , सरल समय स्लाइस टाइम शेड्यूलर की सीमाएँ हैं क्योंकि यह अधिकतम समय को सीमित करता है जो प्रोसेसर कार्य कर सकता है। एक और अधिक परिष्कृत विकल्प पृष्ठभूमि कार्य के लिए समर्थन जोड़ना होगा। इस तरह के कार्य को रुके हुए कार्यों के लिए आवंटित किसी भी स्लॉट पर शेड्यूल किया जा सकता है, और जब स्लॉट आंशिक रूप से मुक्त हो जाता है, तो इसे चलाएं। यह दृष्टिकोण आपको नियमित अंतराल पर कार्यों को शेड्यूल करने और प्रोसेसर कोर समय को पूरा करने के लिए अनुमानित प्रतिशत के साथ अनुमति देता है।

प्राथमिकता और राउंड रॉबिन (RR)

अधिकांश रीयल-टाइम कोर में, प्राथमिकता अनुसूचक न्यूक्लियस एसई के विपरीत प्रत्येक प्राथमिकता स्तर पर कई कार्यों का समर्थन करता है, जहां प्रत्येक कार्य का एक अनूठा स्तर होता है। मैंने बाद वाले विकल्प को प्राथमिकता दी, क्योंकि यह डेटा संरचनाओं को सरल करता है और इसलिए, अनुसूचक कोड। अधिक जटिल आर्किटेक्चर का समर्थन करने के लिए, कई रोम और रैम तालिकाओं की आवश्यकता होगी।

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 का पेशेवर ब्लॉग , ई-मेल: colin_walls@mentor.com।

अनुवाद के बारे में: लेखों की यह श्रृंखला दिलचस्प लग रही थी कि कुछ स्थानों पर पुराने वर्णित दृष्टिकोणों के बावजूद, एक बहुत ही समझने योग्य भाषा में लेखक वास्तविक समय के ओएस की सुविधाओं के लिए खराब प्रशिक्षित पाठक का परिचय देता है। मैं खुद रूसी आरटीओएस के रचनाकारों की टीम से संबंधित हूं, जिसे हम मुफ्त में बनाने का इरादा रखते हैं , और मुझे उम्मीद है कि साइकिल नौसिखिया डेवलपर्स के लिए उपयोगी होगी।