JP2009080820A - タスク切換装置、方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】タスク切換装置は、第1タイプの複数のタスクのそれぞれの割当時間を記憶するタイムスロット記憶部12と、第2タイプの複数のタスクのそれぞれの優先度を記憶するタスク記憶部13と、第1タイプの複数のタスクのそれぞれを1タスク対1タイムスロットでタイムスロットに割り当て、第2タイプの複数のタスクを多対1で第1タイプのタスクが割り当てられていない1つの特定のタイムスロットに割り当てるタスク受付部11と、割当時間に基づいてタイムスロットの切り換えを行うタイムスロット切換部14と、特定のタイムスロット以外のタイムスロットでは当該タイムスロットに割り当てられたタスクを選択し、特定のタイムスロットでは第2タイプの複数のタスクから1つを優先度に基づいて選択するタスク選択部15とを備える。
【選択図】図2
Description
図1は本発明の実施の形態におけるタスク切換を行うプログラム実行装置の主要部の構成を示すブロック図である。同図は、プロセッサにおいてオペレーティングシステムの一部の機能としてタスク切換を行うソフトウェアを実行することにより実現される機能を模式的に表している。プロセッサのハードウェア構成は、一般的なものでよい。
タスクスケジューリング部10は、タスク受付部11、タイムスロット記憶部12、タスク記憶部13、タイムスロット切換部14、タスク選択部15、mutex記憶部16及びmutex制御部17から構成される。
タスク受付部11は、ユーザ操作やユーザプログラム等からの指示に従ってタスクの追加要求を受け付け、プログラム記憶部20から当該タスクに関する情報として、「タスク情報」、「優先度」及び「割当時間」を読み出して、当該タスクがスケジューリングの対象となるようにタイムスロット情報やタスク管理ブロックを生成し、タイムスロット記憶部12、タスク記憶部13に設定する。
タイムスロット記憶部12は、タスクの切り換えの基準となるタイムスロットを生成するためのタイムスロット情報を記憶する。
これらのタイムスロット情報100、110、120・・・は配列を構成し、その順序はタイムスロットの生成順を表すものとする。
タスク記憶部13は、タイムスロットに割り当てられたタスクに対応するタスク管理ブロック200、201、・・・を記憶する。タスク管理ブロック200、201、・・・は、それぞれ1つのタスクに対応し、当該タスクを管理するための情報である。
リンクアドレス200cは、当該タスクが要素として実行キュー又は待ちキューに接続された場合に、実行キュー又は待ちキューにおける次の要素であるタスク管理ブロックへのポインタを保持する。
タイムスロット切換部14は、現在のタイムスロットにおいてタスクの実行時間が割当時間に達したときに、タイムスロットの切換を行う。割当時間に達したかどうかはタイマ制御部30によるタイムアウトによって通知される。通知を受けたタイムスロット切換部14は、次のタイムスロット情報を選択する。本実施例では、次に選択されるタイムスロット情報は、その配列順による。タイムスロット切換部14は、選択したタイムスロット情報から割当時間を取得してタイマ制御部30に設定する。これにより次のタイムスロットの割当時間のカウントが開始される。
タスク選択部15は、前記タイムスロット切換部14のタイムスロット切り換え時に、及び実行中のプログラムからの指示があった時に、現在実行中のタスクの実行アドレス、スタックポインタ等を当該タスクのタスク管理ブロックにタスク情報として退避し、次に実行すべきタスクのタスク管理ブロックからタスク情報を取り出して、実行制御部40へ出力する。これと同時に、実行中のタスクのコンテキスト(レジスタデータ等)の退避と、次に実行すべきタスクのコンテキストの復帰もなされる。これにより次に実行すべきタスクが実行状態になる。
mutex(mutual exclusion:相互排除)は、2つ以上のタスクが1つの資源を競合してアクセスする場合に調停を行う機構をいい、mutex制御部17に含まれる機能であり、資源のロック状態及びロック解除状態を管理するオブジェクト(プログラム)によって実現される。この機構は、2つ以上のタスクからのアクセスが競合する可能性のある資源毎に設けられる。あるタスクがmutexのロック操作に成功すると、mutexは(又は資源は)ロック状態になり他のタスクがロック操作を行ってもロック解除状態になるまで待たされることになる。これによりロック操作に成功しタスクは対応する資源を専有することができる。ロック操作を行ったタスクがロック解除操作を行うと、他のタスクがロック操作を行うことができるようになる。実行中のタスクは、資源をアクセスする場合、当該資源に対応するmutexをロック操作に成功した場合のみ資源をアクセスすることができる。既にロック状態になっている場合には、ロック解除状態になるまで待たされることになる。
ロック変数300aは、2つの状態(1:ロック状態、0:ロック解除状態)の何れかを示す。初期値は0であり、ロック解除状態からロック状態にするにはタスクがロック操作を行う必要がある。ロック状態からロック解除状態にするには、ロック操作を行ったタスクのみが操作を許される。
mutex制御部17は、mutexのロック操作及びロック解除操作が行われるときに、ロック変数の操作を行うとともに、タスク選択部15へのタスク管理ブロックの操作要求やタイムスロット切換部14への通知及び実行フラグの操作要求を行う。
以下、本発明のプログラム実行装置における処理の詳細として、スケジューリング処理(図4〜図9中のS)、mutexロック処理(図6、図7中のL)及びmutexロック解除処理(図8、9中のR)、タスク切換処理(図5、図6中のS1)、タスク追加処理、タスク終了処理(図5中のE)について詳細に説明する。
図10は、スケジューリング処理の詳細を示すフローチャートである。同図のスケジューリング処理は、タイマ制御部30がタイムアウトをタイムスロット切換部14に通知したとき、及び、実行中のタスクがロック操作に失敗したとき(図7参照)に呼び出されて開始する。図中、iは実行フラグが無効になっているタイムスロット情報をカウントするための変数、(n+1)は存在するタイムスロット情報の数を表す。
図11は、タスクスケジューリング部10におけるタスク追加処理の詳細を示すフローチャートである。このタスク追加処理はユーザ操作やユーザプログラム等からのタスク追加要求が発生した時点で開始される。
図12は、mutex制御部17によるロック処理の詳細を示すフローチャートである。このロック処理は、図6及び図7のロック処理Lであり、実行中のタスクが資源の1つをアクセスする直前に当該資源に対応するmutexをロックするために、実行中のタスクによって呼び出される処理である。
図13は、mutex制御部17によるmutexロック解除処理の詳細を示すフローチャートである。この処理は、図8及び図9に示したロック解除処理Rであり、実行中のタスクが1つ資源のアクセスを終えたときに、当該実行中のタスクによって呼び出される処理である。
11 タスク受付部
12 タイムスロット記憶部
13 タスク記憶部
14 タイムスロット切換部
15 タスク選択部
16 mutex記憶部
17 mutex制御部
18 周期レジスタ
20 プログラム記憶部
30 タイマ制御部
40 実行制御部
100、110、120 タイムスロット情報
100a、110a、120a 割当時間
100b、110b、120b 実行フラグ
100c、110c、120c ポインタ
200、201、202、210、220 タスク管理ブロック
200a、201a、202a、210a、220a タスク情報
200b、201b、202b、210b、220b 優先度
200c、201c、202c、210c、220c リンクアドレス
300、301 mutex管理ブロック
300a、301a ロック変数
300b、301b ポインタ
Claims (19)
- プロセッサにおいてタイムスロットを切り換えることによりタイムスロットに割り当てられたタスクの実行を切り換えるタスク切換装置であって、
タスクとタイムスロットを対応付けるポインタ及び割当時間の指定を有する第1タイプの複数のタスクのそれぞれの割当時間を記憶するタイムスロット情報記憶手段と、
優先度を有する第2タイプの複数のタスクのそれぞれの優先度を記憶するタスク記憶手段と、
一周期内の複数のタイムスロットに対して、前記第1タイプの複数のタスクのそれぞれを前記ポインタに基づいて1タスク対1タイムスロットで1つのタイムスロットに割り当て、前記第2タイプの複数のタスクを前記ポインタに基づいて多タスク対1タイムスロットで前記第1タイプのタスクが割り当てられていない1つの特定のタイムスロットに割り当てる割当手段と、
前記タイムスロット情報記憶手段に記憶された前記第1タイプの複数のタスクのそれぞれに指定された割当時間に基づいてタイムスロットの切り換えを行うタイムスロット切換手段と、
前記特定のタイムスロット以外のタイムスロットに切り換えられた場合に、当該タイムスロットに割り当てられたタスクを選択し、前記特定のタイムスロットに切り換えられた場合に、第2タイプの複数のタスクから前記タスク記憶手段に記憶された前記優先度に基づいて1つのタスクを選択するタスク選択手段と
を備えることを特徴とするタスク切換装置。 - 前記第2タイプのタスクは優先度を有し、
前記タスク選択手段は、第2タイプの複数のタスクのうち優先度に従って1つのタスクを選択する
ことを特徴とする請求項1記載のタスク切換装置。 - 前記割当手段は、予め定められた一周期の時間から第1タイプのタスクが割り当てられたタイムスロットの合計時間を引いた残り時間を前記特定のタイムスロットの時間とする
ことを特徴とする請求項1又は2記載のタスク切換装置。 - 前記割当手段は、第1タイプの新たなタスクをタイムスロットを割り当てる毎に、前記残り時間を再計算して前記特定のタイムスロットの時間とする
ことを特徴とする請求項3記載のタスク切換装置。 - 前記第1タイプのタスクは割当時間の指定を有するタスクであり、
前記割当手段は、第1タイプの新たなタスクを追加しようとする場合、既に割当済のタスクの割当時間の合計と新たなタスクの割当時間との総和が一周期の時間を超えていれば、当該新たなタスクのタイムスロット割り当てを拒否する
ことを特徴とする請求項1記載のタスク切換装置。 - 前記タスク切換装置は、さらに、
タスクによりアクセス可能な資源について、何れかのタスクからのアクセスによって資源がロック状態にあるか否かを示すロック情報を記憶する記憶手段と、
実行中のタスクがロック状態の資源をアクセスしようしたとき、当該タスクを実行可能状態から待ち状態に変更し、当該資源のロック状態が解除されたとき待ち状態のタスクを実行可能状態に変更する変更手段と
を備え、
前記タスク選択手段は、待ち状態にあるタスクを選択対象から除外する
ことを特徴とする請求項1記載のタスク切換装置。 - 前記タスク切換装置は、さらに、
第1タイプ及び第2タイプのタスクのうち実行可能状態のタスクが1つも存在しない場合に、前記プロセッサを省電力状態に移行させる移行手段を備える
ことを特徴とする請求項6記載のタスク切換装置。 - 前記プロセッサは、タスクのコンテキストを保持するためのレジスタセットを少なくとも2つ備え、
前記タスク切換装置は、さらに、
レジスタセットの1つを実行中のタスクの使用に供し、他の1つのレジスタセットに対して次に実行すべきタスクのコンテキストをバックグラウンド処理により復帰させ、タイムスロットの切換時にレジスタセットを切り換える切換手段を備える
こと特徴とする請求項1から7の何れかに記載のタスク切換装置。 - タスクが割り当てられたタイムスロットを切り換えることによりプロセッサにおいて実行すべきタスクを切り換えるタスク切換装置であって、
一周期内のタイムスロットに対して、割当時間の指定を有する第1タイプのタスクに対して1タスク対1タイムスロットで1つのタスクに1つのタイムスロットを割り当て、当該タイムスロット毎に対応するタスクの割当時間を含むタイムスロット情報を生成する第1生成手段と、
優先度を有する第2タイプのタスクに対して複数のタスクを多タスク対1タイムスロットで前記周期内の前記第1タイプのタスクが割り当てられていない特定の1つのタイムスロットに割り当て、特定のタイムスロットの割当時間と優先度とを含む1つのタイムスロット情報を生成する第2生成手段と、
タイムスロットに割り当てられたタスク毎にタスクをアドレスを含むタスク管理情報を生成する第3生成手段と、
生成されたタイムスロット情報とタスク管理情報とをポインタにより対応させて記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されたタイムスロット情報の割当時間に基づいて一周期内で少なくとも1つずつタイムスロットを選択する選択手段と、
第1タイプのタスクが割り当てられているタイムスロット情報が選択された場合に、前記ポインタにより当該タイムスロット情報に対応するタスク管理情報が示すタスクを実行させ、第2タイプのタスクが割り当てられているタイムスロット情報が選択された場合に、前記ポインタにより当該タイムスロット情報に対応する複数のタスク管理情報から優先度に従って1つを選択して、選択したタスク管理情報が示すタスクを実行させる制御手段と
を備えることを特徴とするタスク切換装置。 - 前記記憶手段は、第2タイプのタスクのタスク管理情報を優先度の順に並べたキューとして記憶し、
前記制御手段は、キューの先頭のタスク管理情報に対応するタスクを選択する
ことを特徴とする請求項9記載のタスク切換装置。 - 前記第2生成手段は、前記周期と、第1タイプの全タスクの割当時間の合計との差分を、特定のタイムスロットの割当時間として前記特定のタイムスロット情報に設定する
ことを特徴とする請求項10記載のタスク切換装置。 - 前記第2生成手段は、第1生成手段によって第1タイプの新たなタスクにタイムスロットが割り当てられる毎に、前記残り時間を再計算して前記特定のタイムスロットの割当時間とする
ことを特徴とする請求項11記載のタスク切換装置。 - 前記記憶手段は、さらに、タスクによりアクセス可能な資源について、何れかのタスクからのアクセスによるロック状態であるか否かを示すロック情報を記憶し、
前記タスク切換装置は、さらに、
実行中のタスクがロック状態の資源をアクセスしようとしたとき、記憶手段に記憶された当該タスクのタスク管理情報とタイムスロット情報との対応関係を切り離し、当該タスク管理情報を待ちキューとして記憶させ、当該資源がロック状態を解除されたとき待ちキュー内のタスク管理情報をタイムスロット情報に対応させて記憶させるキュー管理手段を有する
ことを特徴とする請求項12記載のタスク切換装置。 - 前記プロセッサは、タスクのコンテキストを保持するためのレジスタセットを少なくとも2つ備え、
前記タスク切換装置は、さらに、
レジスタセットの1つを実行中のタスクの使用に供し、他の1つのレジスタセットに対して次に実行すべきタスクのコンテキストをバックグラウンド処理により復帰させ、タイムスロットの切換時にレジスタセットを切り換えるレジスタセット切換手段を備える
こと特徴とする請求項13記載のタスク切換装置。 - プロセッサにおいてタイムスロットを切り換えることによりタイムスロットに割り当てられたタスクの実行を切り換えるタスク切換方法であって、
タスクとタイムスロットを対応付けるポインタ及び割当時間の指定を有する第1タイプの複数のタスクのそれぞれの割当時間を記憶する割当時間記憶ステップと、
優先度を有する第2タイプの複数のタスクのそれぞれの優先度を記憶する優先度記憶ステップと、
一周期内のタイムスロットに対して、前記第1タイプの複数のタスクのそれぞれを前記ポインタに基づいて1タスク対1タイムスロットで1つのタイムスロットに割り当て、第1タイプとは異なる前記第2タイプの複数のタスクを前記ポインタに基づいて多タスク対1タイムスロットで前記第1タイプのタスクが割り当てられていない1つの特定のタイムスロットに割り当てる割当ステップと、
前記割当時間記憶ステップ記憶された前記第1タイプの複数のタスクのそれぞれに指定された割当時間に基づいてタイムスロットの切り換えを行うタイムスロット切換ステップと、
前記特定のタイムスロット以外のタイムスロットに切り換えられた場合に、当該タイムスロットに割り当てられたタスクを選択し、前記特定のタイムスロットに切り換えられた場合に、第2タイプの複数のタスクから前記優先度記憶ステップで記憶された前記優先度に基づいて1つのタスクを選択するタスク選択ステップと
を有することを特徴とするタスク切換方法。 - プロセッサにおいてタイムスロットを切り換えることによりタイムスロットに割り当てられたタスクの実行を切り換えるためのプログラムであって、
前記プログラムは、
タスクとタイムスロットを対応付けるポインタ及び割当時間の指定を有する第1タイプの複数のタスクのそれぞれの割当時間を記憶する割当時間記憶ステップと、
優先度を有する第2タイプの複数のタスクのそれぞれの優先度を記憶する優先度記憶ステップと、
一周期内のタイムスロットに対して、前記第1タイプの複数のタスクのそれぞれを前記ポインタに基づいて1タスク対1タイムスロットで1つのタイムスロットに割り当て、第1タイプとは異なる前記第2タイプの複数のタスクを前記ポインタに基づいて多タスク対1タイムスロットで前記第1タイプのタスクが割り当てられていない1つの特定のタイムスロットに割り当てる割当ステップと、
前記割当時間記憶ステップ記憶された前記第1タイプの複数のタスクのそれぞれに指定された割当時間に基づいてタイムスロットの切り換えを行うタイムスロット切換ステップと、
切り換え後のタイムスロットが前記特定のタイムスロットでない場合、当該タイムスロットに割り当てられたタスクを選択し、切り換え後のタイムスロットが前記特定のタイムスロットである場合、第2タイプの複数のタスクから前記優先度記憶ステップで記憶された前記優先度に基づいて1つのタスクを選択して実行させるタスク選択ステップと
を前記プロセッサに実行させることを特徴とするプログラム。 - プロセッサにおいてタイムスロットを切り換えることによりタイムスロットに割り当てられたタスクの実行を切り換えるタスク切換装置であって、
タスクとタイムスロットを対応付けるポインタ及び割当時間の指定を有する第1タイプの複数のタスクのそれぞれの割当時間及び優先度を有する第2タイプの複数のタスクのそれぞれの優先度を記憶する記憶手段と、
一周期内の複数のタイムスロットに対して、前記第1タイプの複数のタスクのそれぞれを前記ポインタに基づいて1タスク対1タイムスロットで1つのタイムスロットに割り当て、前記第2タイプの複数のタスクを前記ポインタに基づいて多タスク対1タイムスロットで前記第1タイプのタスクが割り当てられていない1つの特定のタイムスロットに割り当てる割当手段と、
前記記憶手段に記憶された前記第1タイプの複数のタスクのそれぞれに指定された割当時間に基づいてタイムスロットの切り換えを行うタイムスロット切換手段と、
前記特定のタイムスロット以外のタイムスロットに切り換えられた場合に、当該タイムスロットに割り当てられたタスクを選択し、前記特定のタイムスロットに切り換えられた場合に、第2タイプの複数のタスクから前記記憶手段に記憶された前記優先度に基づいて1つのタスクを選択するタスク選択手段と
を備えることを特徴とするタスク切換装置。 - プロセッサにおいてタイムスロットを切り換えることによりタイムスロットに割り当てられたタスクの実行を切り換えるタスク切換装置であって、
割当時間の指定を有する第1タイプの複数のタスクのそれぞれの割当時間及び優先度を有する第2タイプの複数のタスクのそれぞれの優先度を記憶する記憶手段と、
一周期内の複数のタイムスロットに対して、前記第1タイプの複数のタスクのそれぞれを1タスク対1タイムスロットで1つのタイムスロットに割り当て、前記第2タイプの複数のタスクを多タスク対1タイムスロットで前記第1タイプのタスクが割り当てられていない1つの特定のタイムスロットに割り当てる割当手段と、
前記記憶手段に記憶された前記第1タイプの複数のタスクのそれぞれに指定された割当時間に基づいてタイムスロットの切り換えを行うタイムスロット切換手段と、
前記特定のタイムスロット以外のタイムスロットに切り換えられた場合に、当該タイムスロットに割り当てられたタスクを選択し、前記特定のタイムスロットに切り換えられた場合に、第2タイプの複数のタスクから前記記憶手段に記憶された前記優先度に基づいて1つのタスクを選択するタスク選択手段と
を備えることを特徴とするタスク切換装置。 - プロセッサにおいてタイムスロットを切り換えることによりタイムスロットに割り当てられたタスクの実行を切り換えるタスク切換装置であって、
割当時間の指定を有する第1タイプの複数のタスク及び優先度を有する第2タイプの複数のタスクとを受け付け、前記第1タイプの複数のタスクのそれぞれの割当時間及び前記第2タイプの複数のタスクのそれぞれの優先度とを取得するタスク受付手段と、
一周期内の複数のタイムスロットに対して、前記第1タイプの複数のタスクのそれぞれを1タスク対1タイムスロットで1つのタイムスロットに割り当て、前記第2タイプの複数のタスクを多タスク対1タイムスロットで前記第1タイプのタスクが割り当てられていない1つの特定のタイムスロットに割り当てる割当手段と、
前記タスク受付手段で取得された前記第1タイプの複数のタスクのそれぞれに指定された割当時間に基づいてタイムスロットの切り換えを行うタイムスロット切換手段と、
前記特定のタイムスロット以外のタイムスロットに切り換えられた場合に、当該タイムスロットに割り当てられたタスクを選択し、前記特定のタイムスロットに切り換えられた場合に、第2タイプの複数のタスクから前記優先度に基づいて1つのタスクを選択するタスク選択手段と
を備えることを特徴とするタスク切換装置。
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