TW201211896A - Method for registering and scheduling execution demands - Google Patents

Description

201211896 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明相關於-種協助電财統安排即時及多 求程式的執行需求登記及排程法’尤指—制職行 ^ 暫存器内容作為紐’依據健查械尋新近銳 ς: 之工作於記憶體中之指標，並將該指標依照新近登記 ^

之工作優先權排列存入待執行佇列以完成排程工作；於執 作時’於每次排程後取用待執行仔列中具有最高優先權之 行工作指標，藉以找出待執行工作，以達到即時執行及 動應用需求之執行需求登記及排程方法。 ° 【先前技術】 電腦(微處理機)為現代影響人類生活巨大的發明，小至 =錶的錶 <；，妹置-個或數個微處理機，絲有微處理機之 ，控制器。目前主流大電_64位元(bits)，而主流小 為8位元(bits)微控制器。 、 無論大電腦或小電腦’其工作的運行都是參照程式設計師 :斤，寫的程式。雜—個微處理ϋ理論上-個賴只能處理_ :程^，然而透過電腦硬體提供的中斷機制，以及作業系統提 拥、，分時共享(Time Sharing)機制，或者由程式設計師自行分割 行中的工作成為可分段執行的更小工作區塊，致使同一時期 電腦可使許多健式_處於正在處理巾而未完成的狀 態。我們稱之為「多工同動」。 由於多工同動電腦系統中，同一時期有多個工作會共享電 =運算資源，若無適當機制加以管制，就有可能發生某—個 無法完成，或是某一個工作無法於有效期限完成，例如 錶的秒針未於每秒更新。這種限期完成的需求，我們稱之 為1即時性工作」。 為I以單—微處理器達成同一時期同時有許多執行中工 的目標，所有同時在同一個電腦上執行的程式，執行時必須 201211896 間不宜過長，以免塊、一小工作區塊佔用的執行時 效。同一程式八成”他分早電腦資源之程式錯失執行時 依先後順成小區塊後’也必須控制各先後區塊，使1 =順序接力執行’並於交接之間允許其他程式的小區:插 登記綜^述、’要f成「多玉同動」’至少要提供包括「分割、 小k地，—·It及執行」等四種機制。每一程式可分割成許多 之i行兩H塊將為所接手區塊登記執行需求，對於已登吃 實際執ί 触鋪湖錄行縣，祕並錄行順i 段，的Γ種侧，是由程妓购_式執行階 以勃=用輪詢機制，輪流探詢所有可能需要3 的工作區塊了需求旗標’並執行輪詢中第—個有執行需求 :個上ΐ由f式設計師自行安排處理的方式，比較大的問題有 ^第-個是必需有好的程式設計師，才能得到最佳g 區塊問2在Γ輪詢排程的效率，隨著程式分割愈細小 不Sii 原則等於是隨機抽取’執行時機有很大的 主的作料、統’以解決前述三個問題中的第—個問題為 * 帶改善第二個問題。目前的作業系統均源自於「& 式來觀念’在應用程式之外’增加—個作業練核心程 觸發作。此：作㈣'統核心程式，由定時中斷 登今古工作在於_並檢視目前正在執行的卫作，以及 中齡執行需求雜式，依據預設的優先權順序，判斷是否要 =目前執行工作’以及接下來独減行那—個 ”排程機制。另外t須切換卫作時，會為被中斷的工作登記= 201211896 執行功的㈣之中。並賴好離卩枝髓心程式時執 订新的工作。這種方式’由作鮮統解決了 _、登記、排 1執 工同動所需的機制’免除程式設計師親自處理 的負擔。同時’因為切割工作由作業系統掌控，其已執 段自然消滅，而未執行區段也無須進行輪 : 受，執行程式的個數，不會因程式被；= i。铁而善第—分割愈多輪詢額外執行負擔愈多的問

使用作業系統雖解決了部分問題，也有 =作業系統本身即為程式’其執行也=算;J本此； 運鼻時間上的額外成本。另外由於 ， =法那個部份’為保護被切割的程式=區』ίί 速記憶中斷執行中的程式内的所有變數，由快 先前fi存的變數r由移切入執行的程式 行_用。此動作稱為入f速的記憶體中等待執 的工作，不但佔用額外運算切換 個問題係伴隨作業系統按時切判而來。1卜_’現 量測的一 性考自動控制以及儀器 成的隨機執行問題，則無法滿足即:需^不詢造 展;;時作丄= 優先權的待執行工作區隔以降低 日將不同 低輪詢隨熱峨杜輪她 201211896 求。 加倍了作業系統核心被 =被排人的可能性’但也同時 切換f己憶體魄搬遷_外執行=外執行_，以及内容 系統Ξ=冑_ _額外作業

執行時耻例。ί務峨賊_占用的 至少達到PC 數的作業系統’都在較大的電腦， 16 =工同動作業系統執ί排程 果，增加參考’均會歧隨_樣的效

ΐ排雜，並未有能提供建構簡單快速且具有 佔用額外執行時間長度的排程器，以提供穩定的即時 【發明内容】 类之目的在於提供—種替代輪詢程序的兩階段杳 塊登記執行。： 及排程方法。 達成減低排程需時之執行需求登記 工發Γ巾’不紗祕獅傳_时設計師自行分叫 作£塊’或疋分時多卫式作錢統分歡作區塊，其前置^ 201211896 作區塊為後續工作區塊登鈾 求登記進行排程，能改善其排而求’以及依所登記的執行需 確定性，以提供更佳即時能力。執订效率並降低排程需時的不 提供-執行己及排程方法，其步驟包含: 個執行需求登記旗標，以兮此;;執仃需求登記暫存器包含複數 數量的工作之登域行絲登記旗標職摇述相等 裝置，以執行需求旗標:所^:=序;提供-查找 置内分別儲存作順序排麻^數值作為位址’於該查找裝 =的起始位置以及登記總數;合 作為查找她，並於錢裝 細^求登記旗標數值 以所得的啟始位址以:始位址及登記總數，再 排程之目的。 〜一找出工作順序排列’以達成 【實施方式】 項技菽用以解釋本發明之細節。‘然，熟習此 ΐϋίίΐ易瞭解，於本發明之實施例所涵蓋下，所 二例應有相當之變化以及改良。因此，後载之實 _，，_本發明之保護範^ 賴之貫 3|干:f與第二圖，其係根據本發明一實施例之排程 =思巧及根據本發明—實施例的排程方法流糊。如第一 ^器^ ’-種排程器1，其包含一執行需求登記暫 存益2、二查找(lookup)裝置3以及一控制裝置4。 含藉= 5 :本發明提供之執行需求登記暫存器2包 求登記旗標(flagS);該些執行需求登記旗標可 量的工作㈣)已登記執行需求與否以及優先權順 序。以二執行需求登記旗標可以複數個位元(bks)加以實施，並 以=對應位元的内容代表工作的執行與否’例如以對應位元 者代表工作的執行；而以位元的位置代表工作的執行優^ 201211896 權。以下述及執行需求登記暫存 旗標的内容，兩者為同義並且替換使 或者執行需求登記 含四求明之-實施例中，以包 不以四位元為 應四個工作虹域_序之記暫存器2對 限制。 祀〜I務上並不以Ε3仿开·盔 如第一表所顯示，當其中—

制裝置4將該工作所對應的執求時，可以控 i(high) ’以完成需求執行登記。另外=己旗標值設定為 權順序，於本發明之-實施例令，可以工作的執行優先 作以對應執行需求登記旗，以該些工 significant bit，簡稱LSB)者具有 有效位元（least 元_1行需求登記暫存H，此於_ JOB0具有最高的執行優先權 *對應的工作 有最低的執行優先權。換言之，以所=應的工作观3具 將為J〇B0+j〇B1+JC)B3。 UU為例，工作執行順序 據此原則，第一表列出包含四位 _ 行需求登記㈣器2賴應崎衫記旗標的執 順序表。如第一表所示，声中二有_ 6個數值以及其工作執行 所有可能的排列組合以及i數^ 丁需求登記旗標對細位元 對應工作%執❹求銳雜喊行f求登記暫存器 執行需求登記 執行需求登記旗標合成 ----— 工作順序組合 旗標 之執行需求登記暫存琴 數值 00〇〇 ' 〇 — ^οοΓ~~-- 1 —·~~~~~~~~ 不適用 ------ -—~_IIj lOBO '— 8 201211896 0010 ~2 JOB1 0011 3 JOB〇->JOB1 0100 ·_ — 4 JOB2 0101 5 JOBO 今 JOB2 0110 6 JOB1+JOB2 0111 7 JOBO+JOB1+JOB2 1000 8 JOB3 1001 9 JOBO+JOB3 1010 10 JOBl->J〇B3 1011 11 Ί JOBO 今 JOB1 今 JOB3 1100 12 JOB2->J〇B3 1101 13 JOBO^J〇B2->JOB3 1110 14 JOBl->J〇B2^JOB3 1111 15 JOBO+JOB1+JOB2 今 JOB3 請重新回到第一圖，當進行判斷新近登記有執行需求的工 作’並依照其優先權順序予以排程以進入待處理佇列(queue) 時’控制裝置4將利用儲存於執行需求登記暫存器2上目前執 行需求登記旗標所合成的數值作為一查找索引（1〇〇kup mdex)，並分別於該兩階段查找裝置3中查詢，取出所有新近 有，二:=之卫作，並依優先權先後依序排人待執行彳宁列

每-找裝置3包含複數個記憶體，用以儲存 求暫存器2數值所對應的複數個新近已登記 該:杳;容後詳細說明。根據本發明之-實施例， 置含—起始位置以及登記總數；其中該起始位 中射最優先者在工_序排列組合表 據該實施例，如㈡數為；ί登，行工作之總數。根 位置單元31、所;：，本^的純裝置3包含—起始 單元33。如第二=數早兀32、以及-工作順序排列組合 33 ^ 儲存依照優先權順序之所t了，數值作為位址，用以 貝厗排列組合之工作順序；而該起始位置單元 S) 9 201211896 登記須⑵之=言= 度分別為工作:起=至置:個;二存表 ，序排顺合。前述的「工作順、Ci

有可能群組以及其執“後丄於-二 =過所•作順: 於實施上，起始位序排列。 排d列、，合單元33可為儲存資料的記憶體，例如ϊίΐ j„y memoly，簡稱R0M)。如第二圖的步驟二干' 田至乂 一個工作須接力執行時，可設定該工 ΐΐί記為工作舉旗登記。—般為達成‘時期ϊ ΐ 作€腦上執行的程式將被分割為許多較小的區 將根據優先權先後順序依序執行，稱為「接力: 發，提供的執行需求登記係由在前 行需求登^旗標3, 工 所f ’每?執行需求登記暫存器2可表示新近 二圯奴執仃的工作以及其執行優先權順序，且每次進 魏綠肛狀數量並从―敏 絲登記旗標合成之執 态2數值作為錢紐’ _該查找純由啟始位 以及登記缝料32分職崎聰的触 Ϊ5第2段中，再度利用執行需求登記暫存器2内的執ί 而求且5己旗私所合成的數值作為查找地址，進一步地由工 序排列組合單元33中，找出依優先權排列的新近登記工作之 201211896 完ίΐίίί Γ作順序組合依序置入待執行件列内，即 器2舉例說明，首先以_作為查找ί Γϊ j起始位置早π 3卜執行需求登記暫存器 2， 為^位後的數值為11，因此根^二g 位置底s ΐ)其第表素為7(於第二表的起始 主-“此 &深知不）表不成memory(ll)=7 ’並φ π Φ 杳'為Ϊ找值。查找值=7表示所得到的 :工作，排列組合單元33的第7個位 中，將疋n發明的說明書以及_請專利範圍 本發^實施财，查找_㈣㈣ii 單元32又5 :而求登記暫存器2之〇X〇B=11查找登記總數 表的气& 總數單元32的第11個元絲3(於第二 主數早疋中以加底線標示)，表示為瓜⑽ 3， _登記須執行之工作總數為3個。合併兩 始Ϊ，第7個蝴為G)，且以該起始位置為3 IS:: 2需求登記暫存器2之_所找出的經過 ^先權排列的工作執行順序為JOB0今jOB1)j〇B3。 «包登記旗標對應的起始位置、登 單元 單元 排列組合單元 内容 iMjAgA 1,0,3,10,8,7,2,4,1,0} i^iiLgiU,2?3,l,2,2,3?2,3,3,4} 列出Z 「實?例中’儲存於查找單元3的資料’可先 歹J出所有工作執個序’再以每_執行需求登記暫存器2的數 S] π 201211896 „引:分別儲存每—執行需求登記暫存器2 立置、登$總數以及工作順序排 單。 登記，單元&、以及卫_序_組合=t3早疋31、 n 表列出以程式建立儲存於查找裝置3資料方法之筋 例’，、中以Index表示儲存於起始位置單元31的陣列

表示儲存於登記總數單元32的陣列，巾Table則表示 儲存於工作順序排列組合單元33的陣列，Test表示執行需灰 登記暫存II 2。如前所述，於第三表的實施例中，财重複的 工執行順序的排列組合，則不重覆儲存於工作順序排列組合 33之中以減少此單元之記憶總量，達最佳化之目的， 上並不以此為限。 第三表建立儲存於查找裝置資料之範例表

Job# Index Account Table 說明噺增部分以底線;-- Test 0000 Table: {} lndex={0} Account={0} 0 0 {} 一執行需求登記暫存器為0000，表示 無任何工作須被執行；將初始位置0 以及登記總數0分別儲存人起始位置 單元以及登記總數單元；而此時工作 丨暝序排列組合為一空集合(tmllh Test 0001 一執行需求登記暫存器為0001，表示 須執行JOB0。 Table :將 JOB0 推入(pUsh)Table 為 ⑼。 Table: {0} lndex={0,0} Account={0,l} 0 1 JOBO 該執行需求登記暫存器儲存於Table 的起始位置為〇且登記總數為丨。 Index :將起始位置0推入Index為 {0,0} Account :將登記總數1推入Account 為{01}。 Test 0010 Table={0,l} Index= {0,0,1} Account={0,l,l} 1 1 J0B1 一執行需求登記暫存器為〇〇丨〇，表不 須執行j〇Bl。 Table :將J0B1推入Table為{0,丄卜 該執行需求登記暫存器儲存於Table 的起始位置為丨旦登記總數為丨。 Index :將起始位置丨推人Index為 !2 201211896

{〇,〇』}。 Account :將登記總數1推入Account 為{0,1』}。 Test 0011 Table: {0，1} Index= {0,0,1,0} Account={0,l,l,2} 0 2 未儲存 一執行需求登記暫存器為0011，表示 須執行』OB0+JOB1。 Table :因工作執行順序JOBO+JOB1 已經儲存，意即{〇, 1}已經儲存於Table 中，因此不再重複儲存。 該執行需求登記暫存器儲存於Table 的起始位置為〇，且登記總數為2。 Index :將起始位置0推人Index為 {0,0，1必。 Account :將登記總數2推入Account 為{〇,1，1，幻。 Test 0100 Table= {0,1,2} lndex={0,0,1,0,2} Account^jO,!,1,2,1} 2 1 JOB2 一執行需求登記暫存器為0100，表示 須執行JOB2。 Table :將 JOB2 推人 Table 為{0,1，2}。 該執行需求登記暫存器儲存於Table 的起始位置為2，且登記總數為1。 Index :將起始位置2推人[ndex為 {〇,〇，1，〇,2}。 Account :將登記總數丨推人Account 為{〇，U，2』} Test 0101 Table={0,1,2,0,2} Index={0,0,l,0,2,3} Account^ {0,1,1,2,1, 2} 3 2 JOBO ^JOB 2 一執行需求登記暫存器為0101，表示 須執行JOB0今JOB2，Table :將工作 順序·ίΟΒΟ+·ΙΟΒ2 推入 Table 為 {0,1,2,0,2} 該執行需求登記暫存器儲存於Table 的起始位置為3，且登記總數為2。 Index :將起始位置推人丨ndex為 {0,0,1,0,2,3} Account :將登記總數3推入Account 為{〇,丨，1，2，1，2} 以下類推 ί si 13 201211896 一於，發明之-實施财，找裝置3所包含的内 =港不X新近登記需執行工作的組合影響，此固糾容可^ 用記ΐϊϊίΓ程工作參考使用’以達成重覆使用以減心 、於本發明之另一實施例中，可將工作分為複數個 :使，該同一查找裝置3所包含同一内容的3。可; 程之目的，並可免除必須配置較大的執行需J釔 16個旗標的絲登記暫存器。使用兩層最^

16個工^八义作刀為層進行兩階段查表排程工作時。 ^固作被刀為4組’每組4個工作，組内工作有 考序’依序各有其登記旗標’各旗標整合成該組執行g ^炎其優先獅序，依縣組各有旗標表轉否有工作 暫存器。當某-工作有執行需 作。’、’、’、sA°己，，且内旗“ ’也為本身所屬組執行舉旗動 吨總登記暫存11為恤，分㈣層查出那 依序以其_記暫存H為條，杳 :丁之二且 一群工作需排人排程中。—π祕早心取得組内那 綜上所述，本發明所提供的一排程方法，如 需求包3魏錄行需求魏旗標，以該些執行 行權ϋ述，數量的卫作執行與否與該些工作的執 器2對6)提供-查找裝置，職執行需求登記暫存 存—工列組合數值作為位址，於該查找裝置儲 始位址】Sr=r作順序排列組合所對應的啟 面的-工作或二“ v驟田至J一工作須執行時，於其前 乍或一中斷觸發工作設定該欲執行工作所對應的一 201211896 巧行需求登記旗標值，以進行後續工作需求之登記；（步驟8) 當進行排程時，以前次排程至本次排程之間的登記變化而更新 的執行需求登記暫存器2數值作為查找位址，第一階段找出查 找裝置内之啟始位址及登記總數，再經第二階段查找出依優先 權順序取得所有新近登記之工作順序排列，以達到排程的目 的。 ^根據本發明所提供的排程方法，可達成一種排程器，該排 程器可以軟體程式如C語言實現在電腦上作為作業系統排程 工作的功能方塊，或以硬體描述語言，在CPLD(C〇mplex programmable logic device) ^ FPGA(Field Programmable Gate

Array)或者 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)晶片加 以實施。據此，本發明，整合工作登記旗標為一暫存器，取代 輪詢(polling)程序依序檢查所有工作的旗標，無須分支(branch) 的檢查程序，減少並固定排程工作額外需時，除因此可提高工 ，排程的效率，且降低排程額外執行時間之不確定性，以提高 系統即時性。且因其建構簡單，可以很少的額外執行時間及記 憶體成本實現在大小型電腦、CPLD、FPGA或ASIC上。 對於熟習本發明所屬領域之人士，受惠於前述說明以及相 關圖式之教導，於不脫離本發明之精神以及範圍内，應可推得 本發明各種實質上相等之變更以及其他具體實施例。因此，本 發明應不欠限於則揭之特定實施例，並應將該等實質上相等之 變更以及其他具體實施例納入之後載之申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 為使本發明之目的、特徵、優點與實施例可容易了解，所 附圖式之詳細說明如下： 第一圖為根據本發明一實施例的排程方法流程圖；以及 第二圖為根據本發明—實施例之排程器示意圖。 【主要元件符號說明】 1 排程器 2 執行需求登記暫存器 201211896 3 查找裝置 31 起始位置單元 32 登記總數單元 33 工作順序排列組合單元 4 控制裝置 10 輸入 11 輸出 5〜8 步驟

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Claims (1)

1. 201211896 七、申請專利範圍： -種執行需求登記及排程方法，其步 (a)提供一執行需求登記暫存器，|包舳/ ΐΐ: Γ些執行需求登記旗標對應描述相等ίίΞΐίί記 s己執行與否以及執行優先權順序； 里的工作之登

   需求登記旗標值，以完成執行需求妓ϋ更新.'〜的執仃 ΐ)—ϊΐ排程時’糊已更新之執行^登記暫存器的數僅你 J找位址，於查找裝置内取得該查找位址 排列，以達成難之目的。 “數查找出-工作順序 2甘如申請專利細第丨項所述的執 其中於⑼步驟中，該查找裝置包含至少—個記憶勃 sm!之所有可能數值作為位址，分別於該記憶2 合’以及該工作順序排列組合所對應的 i中範圍第1 ^所述的執行需求登記及排程方法’ 元，m此<，該些執行需求登記旗標係包含對應數目的位 執行ίίίΐ=描述對應工作的優先權順序，辦 權。，且。己旗‘中最低有效位凡的工作具有最高的執行優先 复中上ti 項 行需求登記及排程方法， if17 ’缸作順序排顺合已經過壓縮並最佳化， ^僅包>含敢小且所有可能出現的工作順序排列。 复專利範圍第1項所述的執行需求登記及排程方法， ^ 驟巾，在該欲接力執行I作之前包含一卫作區塊， 、”工作區塊結束前，該工作區塊為該欲接力執行工作設置該 201211896 執行需求登記旗標，以完成登記。 6.如申請專利範圍第1項所述的執行需求登記及排程方法， 其中於(d)步驟之後，將該工作順序排列依序加入一執行佇列 中，以等待執行。