CN102654843A - 嵌入式处理器中非抢占式容错调度方法及嵌入式处理器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了嵌入式处理器中非抢占式容错调度方法及嵌入式处理器，其中，该方法包括：判断待调度任务是否满足调度条件，所述调度条件为：将待调度任务与任务队列中的任务作为任务集合，所述任务集合中各任务的执行不会引起任务本身超过最终期限，且所述任务集合中各任务的执行不会引起其它任务超过最终期限；如果是，则将待调度任务加入任务队列；否则，丢弃该待调度任务；调用任务队列中的任务，并执行。本发明方案能够简化容错调度的操作。

Description

嵌入式处理器中非抢占式容错调度方法及嵌入式处理器

技术领域

本发明涉及数据处理技术，尤其涉及嵌入式处理器中非抢占式容错调度方法及嵌入式处理器。

背景技术

目前，嵌入式处理器中的非抢占式容错调度方法包括：

嵌入式处理器对待调度任务进行判断，也就是判断将该待调度任务加入任务队列后是否会引起执行错误，如果不会，则将该调度任务加入任务队列，否则丢弃该调度任务；同时，嵌入式处理器从任务队列中逐个调用任务，并执行任务。

在执行任务的过程中，可能有新的任务到达，该新的任务也就是待调度任务，则嵌入式处理器执行上述对待调度任务进行容错判断的步骤，以确定是否将其加入任务队列；也可能，当前执行的任务出现错误，该出错任务也称为待调度任务，则嵌入式处理器也执行上述对待调度任务进行容错判断的步骤，以确定是否将其加入任务队列重复执行。

嵌入式处理器判断将该待调度任务加入任务队列后，是否会引起执行错误的方法有多种，通过实践发现，现有的判断方法步骤繁多，实现复杂；因而，常引起结果不准确，导致任务执行出现较多错误。

发明内容

本发明提供了一种嵌入式处理器中非抢占式容错调度方法，该方法能够简化容错调度的操作。

本发明提供了一种嵌入式处理器，该嵌入式处理器能够简化容错调度的操作。

一种嵌入式处理器中非抢占式容错调度方法，该方法包括：

判断待调度任务是否满足调度条件，所述调度条件为：将待调度任务与任务队列中的任务作为任务集合，所述任务集合中各任务的执行不会引起任务本身超过最终期限，且所述任务集合中各任务的执行不会引起其它任务超过最终期限；如果是，则将待调度任务加入任务队列；否则，丢弃该待调度任务；

调用任务队列中的任务，并执行。

一种嵌入式处理器，该嵌入式处理器包括指令处理单元、内存和CPU；

所述指令处理单元，用于判断待调度任务是否满足调度条件，所述调度条件为：将待调度任务与任务队列中的任务作为任务集合，所述任务集合中各任务的执行不会引起任务本身超过最终期限，且所述任务集合中各任务的执行不会引起其它任务超过最终期限；如果是，则将待调度任务传送给内存；否则，丢弃所述待调度任务；

所述内存，用于接收所述指令处理单元发送的待调度任务，添加到任务队列中；并根据CPU的调用将任务逐个传送给CPU；

所述CPU，用于逐个调用任务队列中的任务，并执行。

从上述方案可以看出，本发明在对待调度任务进行判断时，包括两部分内容，即任务集合中各任务的执行不会引起任务本身超过最终期限，且任务集合中各任务的执行不会引起其它任务超过最终期限；满足这两部分条件，便可将待调度任务加入任务队列；该判断方式无需执行较多的步骤，简化了操作。

附图说明

图1为本发明嵌入式处理器中非抢占式容错调度方法的示意性流程图；

图2为嵌入式处理器中非抢占式调度任务1、2和3的时序图；

图3为本发明嵌入式处理器的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明进一步详细说明。

嵌入式处理器对任务队列中的每个任务周期性地执行，通常地，每个周期的起始时刻记为0时刻，结束时刻称为相应任务的最终期限。在嵌入式处理器中的每个任务都有自己的执行时间，所谓执行时间，也就是从执行某一任务开始，至执行结束所经历的时间。参见图1，为本发明嵌入式处理器中非抢占式容错调度方法的示意性流程图，其包括以下步骤：

步骤101，判断待调度任务是否满足调度条件，如果满足，则执行步骤102；否则，丢弃该待调度任务。

所述调度条件为：将待调度任务与任务队列中的任务作为任务集合，所述任务集合中各任务的执行不会引起任务本身超过最终期限，且所述任务集合中各任务的执行不会引起其它任务超过最终期限。

所述待调度任务为到达任务或出错任务。

步骤102，将待调度任务加入任务队列。

步骤103，调用任务队列中的任务，并执行。

在执行任务的过程中，可能有新的任务到达，该新的任务也就是待调度任务，则嵌入式处理器执行上述对待调度任务进行容错判断的步骤，以确定是否将其加入任务队列；也可能，当前执行的任务出现错误，该出错任务也称为待调度任务，则嵌入式处理器也执行上述对待调度任务进行容错判断的步骤，以确定是否将其加入任务队列重复执行。

步骤103中执行任务时，可按照静态优先级顺序从任务队列中调用任务，也可按照动态优先级顺序从任务队列中调用任务。对静态优先级顺序而言，任务队列中各任务的优先级顺序确定后，便不再改变，并按照确定的优先级顺序调用任务；当有待调度任务加入时，计算出该调度任务的优先级，然后按照计算的优先级，将待调度任务插入任务队列中。对于动态优先级，在每次调用任务队列中的任务时，都需要对任务队列中的所有任务重新计算一次优先级顺序，按照计算出的优先级顺序调用任务。

静态优先级可采用现有方式计算；本发明中，静态优先级还可采用下述公式计算：静态优先级＝(最终期限-执行时间)/执行时间。

动态优先级可采用现有方式计算；本发明中，动态优先级还可以按照下述公式计算：动态优先级＝最终期限/执行时间。

本发明在对待调度任务进行判断时，包括两部分内容，即任务集合中各任务的执行不会引起任务本身超过最终期限，且任务集合中各任务的执行不会引起其它任务超过最终期限；满足这两部分条件，便可将待调度任务加入任务队列；该判断方式无需执行较多的步骤，简化了操作。

下面对本发明提供的调度条件进行具体说明。

参见图2，为现有嵌入式处理器实际应用中，非抢占式调度任务1、2和3的时序图，将该实例的任务队列中包含的任务表示为

其中，i为优先级序号，也是任务执行的序号，N＝3，C表示执行时间，C_i表示第i个任务的执行时间，T表示最终期限，T_i表示第i个任务的最终期限；该任务队列包括θ₁(12，5)，θ₂(12，5)，θ₃(12，5)，本实例中，三个任务的执行时间和最终期限都相同，最终期限为5秒(m)，也就是，需要在5m内完成三个任务的执行。图中坐标为时间轴，标出了某一周期，即5秒内执行各个任务的情况，具体地：在0-1.2秒执行任务1，在0.6m时发现任务1执行错误，便在1.2-2.4秒重新执行任务1；然后，在2.4-3.6秒执行任务2，在3.4m时发现任务2执行错误，便在3.6-4.8秒重新执行任务2；而后在4.8秒开始执行任务3，执行任务3需要1.2秒；而在5.0m将更新为0时刻重新计时，需要按照任务1、2、3的顺序执行下一个周期的任务，这导致当前周期中因超过最终期限不能完整执行任务3。本实施例中，任务1和任务2的重复执行都紧接在第一次执行之后，实际运用中，重复执行与第一次执行之间也可能有一定的时间间隔。图中，加粗竖线部分示出了相邻任务1和2出错的时间点，两者间隔为2.8，这里将该间隔称为故障间隔，用Δ_f表示。实践表明，故障间隔对任务的执行是否超过最终期限影响很大。在对待调度任务进行判断时，需要容忍一定的故障间隔；也就是，在允许一定故障间隔的条件，保证任务的执行不超过最终期限。本实施例中，假设能够容忍的故障间隔为：

步骤101在进行判断时，以待调度任务及任务队列中已有的任务作为整体，称为任务集合，表示为

N为自然数，表明任务集合中有N个任务。满足调度条件，也就是满足任务集合

中各任务的执行不会引起任务本身超过最终期限，且各任务的执行不会引起其它任务超过最终期限；考虑故障间隔的影响，也就是，在容忍

的基础上，满足任务集合中各任务的执行不会引起任务本身超过最终期限，且各任务的执行不会引起其它任务超过最终期限；故障间隔满足

也就是满足在

的时间内仅会出现一次故障。这样，本实施例的调度条件可通过公式组(1)和式(2)实现；若任务集合中的任务满足公式组(1)和式(2)，则说明待调度任务满足调度条件。

其中，j为任务集合中各任务的优先级序号，取值为1至N，N为自然数，j取1为最高优先级，取N为最低优先级；i和m为优先级序号，取值为1至N；优先级可按现有方式计算获取，也可按照上述本发明提供的方式计算获取。T表示任务执行的最终期限，T_j表示第j个任务执行的最终期限，也是当前计算的任务，T_i表示第i个任务执行的最终期限；如无特殊要求，通常地，任务的周期也就是其最终期限。C表示执行时间，C_i表示第i个任务的执行时间，C_j表示第j个任务的执行时间。公式中的“*”表示相乘。

(1)式保证了执行任务集合中各个任务时，不会超过任务本身的最终期限。

公式(1)中：

表示在第j个任务的执行周期内，第i个任务执行的次数；表示第i个任务执行

次所消耗的时间，

表示所有比第j个任务优先级高的任务的执行时间之和；这是因为，执行第j个任务时，需要等待比其优先级高的所有任务执行完。

2*C_j表示第j个任务单次重复，即执行两次所消耗的时间；这里假设执行第j个任务时出现故障，需要重复一次。执行第j个任务时，对于该第j个任务为重复执行任务，即第二次执行的情况，如果当前有任务正在执行，需要等待当前正在执行的任务执行完之后才能执行，而当前正在执行的任务为比第j个任务优先级低的任务，因此，用

表示比第j个任务优先级低的各任务执行时间中最长的执行时间，也属于执行第j个任务需要等待的时间。

综上，

表示执行第j个任务的最长等待时间；表示执行第j个任务最长等待时间及执行第j个任务所需的时间。要满足任务集合中各任务的执行不会超过本身的最终期限，也就是，需要满足以下式子：

若j＝1，说明当前任务就是最高优先级任务，则(3)为： $2*C_j+\underset{i\∈(2,N)}{\mathrm{MAX}}\left(C_i\right)\≤T_j,j=1.$

若j∈(1，N)，说明当前任务为一个较高优先级的任务，对所有j∈[2，N-1]的任务运算上式，等价于：

若j＝N，说明当前任务为低优先级任务，则(3)为：

式(2)保证了执行任务集合中各任务时不会引起其它任务超过最终期限。

式(2)中，对于j∈(1，N-1]，即当前任务为较高优先级任务，表示所有比第j个任务优先级高的任务的执行时间之和。比第j个任务优先级高的任务有可能出现执行故障，需要重复执行，且在T_j内只出现一次故障，用

表示比第j个任务优先级高的各个任务的执行时间中最长的执行时间。C_j表示第j个任务本身执行的时间。执行第j个任务时，对于该第j个任务为重复执行任务的情况，即第二次执行的情况，如果当前有任务正在执行，需要等待当前正在执行的任务执行完之后才能执行，而当前正在执行的任务为比第j个任务优先级低的任务，因此，用

表示比第j个任务优先级低的各任务执行时间中最长的执行时间。

若要满足执行任务集合中各任务时不会引起其它任务超过最终期限，可通过满足其它任务的执行不会引起第j个任务超过最终期限来体现，具体地，需要满足：比第j个任务优先级高的所有任务单次执行的时间之和，加上较高任务的最长重复执行时间，再加上第j个任务的单次执行(由于故障间隔满足

在

的时间内仅会出现一次故障)时间，再加上可能执行的低优先级任务的最长执行时间，四者之和小于第j个任务的最终期限；即：

若j＝N，说明当前任务为最低优先级的任务，将j＝N代入(4)，得到：

若j＝1，说明当前任务就是最高优先级任务，最高优先级的任务最先执行，其它任务的执行不会引起第j个任务超过最终期限。

将(4)和(5)式的右侧部分移至左侧，作为左侧的分母，稍加变形后得到公式组(2)。

现有的判断是否将该待调度任务加入任务队列的方法步骤繁多，实现复杂，具体实现时，常需要结合运算较多公式组，有时甚至需要结合运算十多个公式组。由于现有的容错判断方法复杂，常引起结果不准确，导致任务执行出现较多错误。而采用本发明方案，通过两组公式便可判断是否将待调度任务加入任务队列，简化了操作。

参见图3，为本发明嵌入式处理器的结构示意图，该嵌入式处理器指令处理单元、内存和CPU；

所述指令处理单元，用于判断待调度任务是否满足调度条件，所述调度条件为：将待调度任务与任务队列中的任务作为任务集合，所述任务集合中各任务的执行不会引起任务本身超过最终期限，且所述任务集合中各任务的执行不会引起其它任务超过最终期限；如果是，则将待调度任务传送给内存；否则，丢弃所述待调度任务；

所述内存，用于接收所述指令处理单元发送的待调度任务，添加到任务队列中；并根据CPU的调用将任务逐个传送给CPU；

所述CPU，用于逐个调用任务队列中的任务，并执行相应操作。

所述指令处理单元不仅可以独立于内存和CPU设置，还可以设置于内存中，或者，设置于CPU中。

可选地，所述指令处理单元包括所述指令处理单元包括判断子单元和发送子单元；

所述判断子单元，用于判断待调度任务是否满足调度条件，如果是，则将待调度任务发送给发送子单元；否则，丢弃所述待调度任务；

所述发送子单元，用于将待调度任务发送给内存。

可选地，所述判断子单元包括静态优先级计算子单元，用于计算出待调度任务的静态优先级，在将待调度任务发送给发送子单元时，也将其静态优先级发送给发送子单元；静态优先级用下述公式计算：静态优先级＝(最终期限-执行时间)/执行时间；

所述发送子单元将待调度任务及其静态优先级发送给内存；

所述内存按照静态优先级顺序，将待调度任务加入内存的任务队列中；并按照静态优先级顺序，将任务队列中的任务发送给CPU。

可选地，所述判断子单元包括动态优先级计算子单元，用于计算出任务集合中各任务的动态优先级，在将待调度任务发送给发送子单元时，也将各任务的动态优先级发送给发送子单元；动态优先级按照下述公式计算：动态优先级＝最终期限/执行时间；

发送子单元将待调度任务和各任务的动态优先级发送给内存；

所述内存按照动态优先级顺序，将任务队列中的任务发送给CPU。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种嵌入式处理器中非抢占式容错调度方法，其特征在于，该方法包括：

判断待调度任务是否满足调度条件，所述调度条件为：将待调度任务与任务队列中的任务作为任务集合，所述任务集合中各任务的执行不会引起任务本身超过最终期限，且所述任务集合中各任务的执行不会引起其它任务超过最终期限；如果是，则将待调度任务加入任务队列；否则，丢弃该待调度任务；

调用任务队列中的任务，并执行。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调度条件用下述两个公式组表示：

其中，j为任务集合中各任务的优先级序号，取值为1至N，N为自然数，i和m为优先级序号，取值为1至N；T表示任务执行的最终期限，T_j表示第j个任务执行的最终期限，T_i表示第i个任务执行的最终期限；C表示执行时间，C_i表示第i个任务的执行时间，C_j表示第j个任务的执行时间。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述待调度任务为到达任务或出错任务。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述将待调度任务加入任务队列包括：按照静态优先级顺序，将待调度任务加入任务队列；静态优先级用下述公式计算：静态优先级＝(最终期限-执行时间)/执行时间。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述调用任务队列中的任务包括：按照动态优先级顺序，调用任务队列中的任务；动态优先级按照下述公式计算：动态优先级＝最终期限/执行时间。

6.一种嵌入式处理器，其特征在于，该嵌入式处理器包括指令处理单元、内存和CPU；

所述指令处理单元，用于判断待调度任务是否满足调度条件，所述调度条件为：将待调度任务与任务队列中的任务作为任务集合，所述任务集合中各任务的执行不会引起任务本身超过最终期限，且所述任务集合中各任务的执行不会引起其它任务超过最终期限；如果是，则将待调度任务传送给内存；否则，丢弃所述待调度任务；

所述内存，用于接收所述指令处理单元发送的待调度任务，添加到任务队列中；并根据CPU的调用将任务逐个传送给CPU；

所述CPU，用于逐个调用任务队列中的任务，并执行。

7.如权利要求6所述的嵌入式处理器，其特征在于，所述指令处理单元包括判断子单元和发送子单元；

所述判断子单元，用于判断待调度任务是否满足调度条件，如果是，则将待调度任务发送给发送子单元；否则，丢弃所述待调度任务；

所述发送子单元，用于将待调度任务发送给内存。

8.如权利要求7所述的嵌入式处理器，其特征在于，所述判断子单元包括静态优先级计算子单元，用于计算出待调度任务的静态优先级，在将待调度任务发送给发送子单元时，也将其静态优先级发送给发送子单元；静态优先级用下述公式计算：静态优先级＝(最终期限-执行时间)/执行时间；

所述发送子单元将待调度任务及其静态优先级发送给内存；

所述内存按照静态优先级顺序，将待调度任务加入内存的任务队列中；并按照静态优先级顺序，将任务队列中的任务发送给CPU。

9.如权利要求7所述的嵌入式处理器，其特征在于，所述判断子单元包括动态优先级计算子单元，用于计算出任务集合中各任务的动态优先级，在将待调度任务发送给发送子单元时，也将各任务的动态优先级发送给发送子单元；动态优先级按照下述公式计算：动态优先级＝最终期限/执行时间；

发送子单元将待调度任务和各任务的动态优先级发送给内存；

所述内存按照动态优先级顺序，将任务队列中的任务发送给CPU。

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