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    什么是嵌入式系統中的優先級反轉?

    • 發布:嵌入式培訓
    • 來源:嵌入式教程
    • 時間:2020-04-26 17:43

    嵌入式實時系統中由于多任務共享資源,通常會出現一些奇怪的現象。本文就什么是優先級反轉及其產生原因進行分析,并提出2個行之有效的解決方案。接下來就和嵌入式培訓班一起來看一下吧!

    什么是優先級反轉?

    RTOS普遍具有2個特點:實時性和多任務。實時是指系統的響應時間必須在規定的時間內,超出這個時間限制將會使系統出現致命的錯誤;同時,實時性還要求對時間要求非常急迫的任務要先于對時間不是很緊急的任務執行。正是由于這2個原因,RTOS的進程調度普遍采用的是基于優先級的可搶占式PBP(Priority Based Preemptive)的調度策略。多任務是嵌入式系統的內在要求。

    如今的嵌入式系統普遍要求具有多任務并發執行的能力,因此RTOS中也必須提供多任務并發執行的支持。由于多任務并發,必然會導致多個任務共享資源。如有2個任務task1和task2并發執行,都需要向打印機輸出結果。由于只有1臺打印機,所以在某個時間段內只能有1個任務,如task1占有打印機并向打印機輸出,而這時另一個任務task2處于等待狀態。當task1輸出完畢后,task2由等待轉為就緒,當RTOS再次調度它時,方可占有打印機向打印機輸出。

    試想如果不采取這種方式,不對打印機這種共享資源加以控制,而讓task1和task2同時向打印機輸出,這時候打印機打印的結果誰也看不懂,是一堆亂七八糟的東西。因此,大多數的RTOS采用了一種稱作信號量(semaphore)的機制來實現對共享資源的管理。任何一個想使用臨界資源(如打印機等共享資源)的進程在進入臨界區(如task1或task2中訪問臨界資源的代碼)之前必須擁有使用臨界資源的信號量,否則不可以執行臨界區代碼。

    假設系統中有3個任務,分別為task1、task2和task3。task1的優先權高于task2,而task2的優先權高于task3。恰在此時task1和task2 因某種原因被阻塞,這時候系統調度task3執行。task3執行一段時間后,task1被喚醒。由于采取的是PBP的調度策略,因此task1搶占task3的CPU, task1執行。task1執行一段時間后要進入臨界區,但此時task3占有此臨界資源的信號量。

    因此task1被阻塞,處于等待狀態,等待task3釋放此信號量。經過這么一段時間后,task2此時此刻處于就緒狀態。因此系統調度task2執行。如果task3在task2的執行期間一直沒有能夠被調度執行的話,那task1和task3將一直等到task2執行完后才能執行,task1更要等到task3釋放它所把持的信號量才能執行;而這段時間完全有可能超出task1的Deadline,使得task1崩潰。

    當系統看到有高優先級的任務崩潰時候,系統認為此時有重大事故發生,為了挽救系統,看門狗電路起作用,系統可能被自動復位。從上面的分析可以看到,導致系統崩潰的原因是由于優先級高的任務task1要獲取被低優先級任務task2占有的臨界資源而被task2阻塞,而具有中優先級的任務task2搶占task3的CPU,從而導致task2先于task1執行。這時候系統便出現了優先級反轉的情況。

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